适用于风电场验收的通用机组特性测试及评价方法研究*

段振云，张学瑞，邢作霞

（1.沈阳工业大学机械工程学院，辽宁 沈阳 110870；2.沈阳工业大学新能源工程学院，辽宁 沈阳 110023）

0 引言

风电行业的发展是一项系统工程。近几年，我国的风电行业发展迅速，已成为全球风电装机第一大国。风电在快速发展的同时也带来了一系列问题，特别是在风电产品的相关质量监督和检测认证，以及对风电场内风电机组的设备验收方面，缺乏完善的标准体系和检测认证体系，制约了国内风电产业发展。

开展风电机组检测，可以为解决风电机组故障提供技术支持，风电机组检测可以得到关于风电机组的第一手数据，便于分析故障原因[1]。此外，开展风电机组检测，可以为风电机组优化控制策略提供帮助，保证风电机组在不同场地条件和不同风况条件下都保持良好的运行状态，提供最大可能的发电量[2]。

依据某风电场要求，对其风电场内风电机组设备进行功率特性测试以及风电场噪声水平测试。本文基于此项测试，对应用于风电场验收的通用机组特性测试及评价方法进行研究，为风电场设备验收及评价提供了一种思路及方法。

1 风电机组功率特性测试

风电机组的功率特性是风电机组最重要的系统特性之一，与风电机组的发电量有直接关系。通过功率特性测试，可以比较实际发电量与预计发电量的差别；通过长期的功率特性监测，可以了解风电机组的功率特性随时间变化的情况，验证风电机组制造商提出的风电机组可利用率，发现参数设置的问题，进而对风电机组的运行情况进行优化[3]。

风电机组功率特性测试开始之前，需要对测试场地进行评估，以判断测试场地是否符合IEC标准要求。如果不符合标准要求，就要在测试开始之前，先进行场地标定。在场地评估的同时，选定可用的风向扇区，剔除影响风速测量的风向扇区。测试时需要在被测风电机组附近树立气象桅杆，在气象桅杆上安装风速计、风向标、温度传感器、气压传感器、降雨量传感器等，用于测量风速和大气状况。空气密度的计算公式为

式中，ρ10min为10min的平均空气密度；T10min为测得的10min的平均热力学气温；B10min为测得的10min的平均气压；R为气体常数287.05J/(kg*K)。

对于功率自动控制的风力发电机组，其风速值可按下式(2)进行计算。

式中，vn为折算后的风速值；V10min为测得的10min的平均风速值；ρ0为标准空气密度；ρ10min为得到的10min的平均空气密度。

测试数据采集完成后，按照标准要求剔除无效数据，然后将数据校正到标准大气情况下，采用bin方法对测量所得数据进行规格化处理，得到风电机组的功率特性曲线，下式(3)和(4)为规格化后的风速平均值和输出功率平均值的计算方法。

式中，Vi为第i个区间规格化后的平均风速；Vn,i,j为第i个区间数据组j规格化后的平均风速；Pi为第i个区间规格化后的平均输出功率；Pn,i,j为第i个区间数据组j规格化后的平均输出功率；Ni为第i个区间内10min数据组的数目。

根据测试所得到的数据结果，可得出在标准空气密度下风电机组功率特性测试的散点图，如图1所示。

被测风电机组的功率系数可以根据以上风速平均值与输出功率平均值，由下式计算得出。

式中，Cp,j为bini中的功率系数；Vi折算所得到的在bini中的平均 风速；Pi为折算所得到的在bini中的功率输出；A为风轮的扫掠面积；ρ0为标准空气密度。

图2为标准空气密度条件下风电机组的功率系数曲线。

2 风电场噪声水平测试

对于风力发电行业，我国制定了风电场以及风电机组的噪声限值标准，来限制风电机组产生的噪声。为了把噪声控制在标准要求的范围内，首先需要对风电机组的噪声进行测试，然后依据测试得到的噪声发生原因实施治理和控制，以期达到标准要求，并尽量减少噪声污染。

风电机组的噪声测量基本过程为：将下风向测试点作为基准点，测量用的风速仪和风向传感器安装在风电机组的上风向；安装噪声测试系统，采用测试板和带风罩的麦克风，麦克风装在测试板中心，风罩安装在地面麦克风上，由蜂窝泡沫球组成；在整数风速 6m/s、7m/s、8m/s、9m/s和10m/s进行噪声测试，分别进行声功率级、1/3倍频程和窄带谱分析测试；依据测试结果进行分析评定，分析噪声发生原因，提出实施治理和控制方案，以期达到标准要求，并减少噪声污染。

3 现场测试方案

依据IEC 61400－12－1： 2005 Wind turbine generator systems-Part 12: Wind turbine power performance testing以及GB/T 18451.2－2003《风力发电机组功率特性试验标准》，对风电场内风电机组进行功率特性测试[4]，利用所测量的数据，进行预处理、筛选、数据回归，然后应用依据标准编制的软件“SUT_P”（Version 2.1） 数 据 处理软件得出机组的功率曲线，如图3所示。

依 据 IEC 61400 － 11：2006 Wind turbine generators systems-Part 11:Acoustic noise measurement techniques以及GB/T 22516－2008《风力发电机组噪声测量方法》，应用 Brüel&Kj r公司噪声测试系统对风电机组进行噪声测量，并依据DL/T 1084－2008《风电场噪声限值及测量方法》，对风电场对周围环境的噪声影响水平进行评估。

4 结论

随着我国风力发电产业的快速发展，规范风电市场，完善风电产品的相关质量监督和检测认证，对于风电产业是必不可少的[5]。本文依据对某风电场内风电机组设备进行功率特性测试以及风电场噪声水平测试，对应用于风电场验收的通用机组特性测试及评价方法进行研究，为风电场设备验收及评价提供了一种思路及方法，具有一定参考价值及实际意义。

[1]张明锋,邓凯,陈波,王盛,高涛,方正,王树春.中国风电产业现状与发展[J].机电工程,2010,(1):1-3.

[2]果岩,方晓燕.风电标准、检测与认证现状及发展方向初探[J].电器工业,2010,(10):71-74

[3]姚兴佳，等.北京：风力发电测试技术[M].电子工业出版社，2011.

[4]肖劲松.风电机组的型式认证和风电场认证—IEC风电机组认证标准介绍[J].太阳能,2005,(5):44-46.

[5]卜乐平,任昀,胡匡生.我国风力发电产业质量检测体系现状和展望[J].电气制造.2011,(2)：66-68.