基于Minitab软件的风电机组性能分析方法

文／黄丽桂

基于Minitab软件的风电机组性能分析方法

文／黄丽桂

风能作为一种新能源，已得到了广泛的应用。但目前风能的利用率仍然比较低，因此，分析风电机组的运行性能，确保其最大效率的运行，能使风电场获得最大程度的赢利。目前，在对风电机组作性能分析时，并没有确切的计算方法，往往都是通过各种软件的建模或仿真来进行分析，且一般都涉及比较复杂的计算过程，因此，在迫切需要一种简单直观的分析方法。在此将阐述如何运用Minitab软件，生成直观的曲线图行性能比较及分析，并回归拟合出风电机组实际功率的具体计算公式。

方法概述

Minitab软件在质量管理统计方面运用比较广泛，在需要直观地对风电机组进行性能分析方面也起到很好的效果。为详细介绍这种方法，本文选用两个风电场作为实例。这两个风电场均采用1.5MW双馈异步风电机组，一个位于沿海，简称为风电场1#；一个位于内陆，简称为风电场2#；两个风电场的空气密度相近，均在质保期内。

风电机组功率设计曲线

首先，验证两个风电场的风电机组性能是否达到设计要求。经检测分析，两个风电场的风场空气密度相近，为1.168kg/m3。切入风速为3m/s，额定功率均为1500kW。在质保期内，两个风电场的功率曲线均需符合设计曲线，如图1所示，要求每台机组实际功率曲线在保证值95%的范围内。

如图1所示，风电机组的实际功率曲线最低不能低于红色的曲线，最高不能超过绿色的曲线。

风电机组性能验证及比较方法

在质保期内，对风电机组进行性能验证，有助于提前发现问题，及时与风电机组制造商沟通解决问题。以下分别在风电场1#和风电场2#各选取1台风电机组进行性能验证，软件生成的图形如图2、图3所示。

从图2可看出，低风速时，风电场1#单台风电机组的实际功率与设计功率基本吻合，但在高风速时有所偏离，低于设计功率。在同样的风速下，风电机组的实际功率低于设计功率，性能较差。这便需要及时与风电机组制造商沟通，查找原因并处理，确保机组性能在设计曲线范围内。

图1 风电场功率设计曲线

从图3可看出，风电场2#单台风电机组的实际功率在设计的功率范围内，性能较好。

以上只是任意选择两台风电机组进行方法的阐述，对于其它机组，可以采取同样的方法进行验证。

同一风电场不同风电机组性能比较方法

图2 风电场1#单台风电机组实际功率曲线与设计功率的对比

随着运行时间的增加，风电机组的性能不可避免会降低，但是这种变化是因设备的正常老化，还是因风电机组维护不当而造成，还需要进行相关的比较分析。这便需要掌握同一风电场不同风电机组在同一时间段的分析方法。在此选取风电场2#的2号风电机组和4号风电机组来说明。

对2号与4号风电机组同一时间段的功率曲线进行模拟，如图4所示。

因机组还在质保期内，因此还可通过验证2号与4号风电机组功率曲线是否在设计曲线内，来判断风电机组是否合格。如图5所示。

图3 风电场2#实际功率曲线与设计功率对比

图4 2号风电机组及4号风电机组同一时间段的功率曲线

图5 2号及4号风电机组同一时间段的功率曲线及与设计曲线的对比

当风电机组已经不在质保期内，即使其功率曲线均不在设计范围内，同样可以采用这种方法对多台风电机组的性能进行对比。当发现某台风电机组的功率曲线明显低于其它风电机组时，说明这台风电机组很有可能存在异常情况，需要及时查找原因，做出应对措施。

风电机组实际功率曲线公式推导方法

图7 2号风电机组实际功率曲线三次拟合

表1 2号风电机组风速及实际功率对应表

风电机组在未达到额定运行时，其功率曲线并没有一个准确的计算公式，再加上实际的功率曲线往往与理论的功率曲线有所不同，这更增加了计算难度。利用Minitab软件，可以根据实际功率曲线，拟合出功率的计算公式。现选取风电场2#的2号风电机组为例。

首先，选取2号风电机组不同风速下的实际功率，如表1所示。其次，根据表1进行回归二次拟合，见图6。进行回归三次拟合，见图7。

从图6、图7可看出，三次拟合更为切合2号风电机组实际功率，因此可得出2号风电机组实际功率曲线的计算公式为：

实际功率P=819.4－467.5ν+83.88ν2－3.346ν3

同理，可通过同样的方法对其它风电机组的实际功率进行拟合推导，得出其计算公式。

图6 2号风电机组实际功率曲线二次拟合

结语

本文介绍了运用Minitab软件进行性能分析的方法，通过生成图形、回归模拟等手段对风电机组的性能进行验证、比较及对实际功率的计算公式进行推导。这种方法不需涉及复杂的计算过程，比较简单直观，为生产运营中提前发现故障征兆，及时解决问题提供了便利。

(作者单位：广东粤电湛江风力发电有限公司)