风电机组发电性能评估方法探析

摘 要：功率曲线、风能利用系数和发电效能是风电机组的重要指标参数，文章通过对影响功率曲线、风能利用系数和发电效能的影响因素和计算方法进行总结分析，探讨了关于风电机组发电性能的评估方法、使用范围和侧重效果，为风电机组发电性能评估分析提供科学合理借鉴，同时为风电机组设计、选型和风电场投资分析提供宝贵经验和有力依据。

关键词：发电性能评估、功率曲线、风能利用系数、发电效能

中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）09-0095-02

风电机组真实发电量的高低和发电性能的优劣，对风电场的生产经营有着重要的影响。因此，正确评估分析风电机组发电性能，进而可以通过改进措施，来提高风电机组发电量；同时风电机组发电性能评估可为风电机组设计、选型和风电场投资分析提供宝贵经验和有力依据，有着非常重要的现实意义。

1 评估分析方法

1.1 通过功率曲线评估分析

风电机组的功率曲线，一般是指风电机组输出有功功率随风速变化的关系曲线。

功率曲线，描述了风电机组出力情况随着风速变化的情况，直观反映风电机组的功率特性，是衡量风电机组发电性能、估算风电机组损失电量的最重要、直接指标，因此功率曲线的好坏程度直接决定风电机组发电性能的优劣。

通常，风电机组厂家提供技术合同约定的标准空气密度状况下的保证功率曲线（简称保证功率曲线）。实际功率曲线要受到很多外界因素和条件的影响，风电机组的实际功率曲线主要由风电机组在实际运行中得到，通常可以通过风电机组SCADA后台导出；但由于风速计算规则受风机厂家设置调整或控制，通常风电机组后台导出的功率曲线大多数不真实。行业通常采用功率曲线测试的方式来获得风电机组功率曲线。

关于开展功率曲线测试，来验证评估风电机组发电性能，行业内做法不尽相同。IEC 61400-12-1：2005和国标GB/T 18451.2-2012对风电机组功率特性的测试有相应规定和具体要求；通常取一段时期（如一年）作为功率曲线测试时段，记录风电机组的实际运行风速—输出功率的长时间系列统计数据，可得风电机组功率曲线散点分布图，如图1所示。

通过对散点进行拟合分析，便可得到了风电机组的实际功率曲线。

通过功率曲线测试，将测试时段内的机组实测功率曲线与保证功率曲线进行对比分析，按照一定规则来计算实测值与保证值两者之间的差异，进而可以评估风电机组实际发电性能的优劣。功率曲线测试差异处理，通常可采用功率曲线系数法、实测发电量法和曲线一致法。

所谓功率输出系数法，是指对应同一风速点下，将实际输出功率与保证输出功率相除求比值；通过定义该比值为功率输出系数，并将统计时段内每一个风速点的功率输出系数进行相加求平均值；该均值可作为偏差，来评估风电机组发电性能[1]。

所谓实测电量法，是指在统计时段内，将风电机组根据实功率曲线推算推算实际发电量与理论发电量进行比较，其比值作为偏差，来评估风电机组发电性能[1]。

所谓曲线一致法，是统计拟合获得一段时间内机组实际的风速—功率曲线，将该曲线与保证功率曲线放在同一坐标下，取一定风速间隔为步长，计算对应的功率偏差；将全风速段功率偏差相加，进行一定处理后，其输出值作为偏差，来评估风电机组发电性能[1]。

1.2 通过风能利用系数评估分析

风能利用系数，描述风力发电机组风轮从风能中获取能量的大小程度，表示风力发电机组将风能转化为电能的转化效率[2]。风能利用系数表示为：

说明风作用在风轮上，风轮所能获得的最大功率，为风吹过风轮时风能的59.3%。

可以用来直观反应风电机组的最佳发电能力点，其变化趋势可以评估风电机组的发电性能变化趋势。通常情况下，风电机组的大约为0.42～0.51之间。

当前风电机组1.5～2 MW主流机型的最大风能利用系数大概分布范围，如图2所示。可用于风电机机组发电性能评估参考。

1.3 通过发电效能评估分析

发电效能定义为风电机组在特定已知环境风速下，实际发电量和理论发电量的比值，又称为能量可利用率。获取任意时间段内风电机组的实际风速、实际发电量、现场空气密度和厂家保证功率曲线，即可算出该段时间内风电机组的发电效能。

理论发电量=实际发电量+弃风损失电量+故障停机损失电量+检修停机损失电量+受累停机损失电量+不可抗因素停机损失电量+功率曲线不达标损伤电量

发电效能理想值为100%，但通常情况下，风电机组发电效能在90%～100%之间。

若发电效能远小于100%，说明机组损失发电量较多。设备管理等原因导致机组停机时间过长、限电导致发电量损失、功率曲线不达标等均为较常见原因。

若发电效能大于100%，说明理论发电量计算出现偏差；理论发电量计算最大误差可能来源于机组风速小于实际风速，导致理论电量计算偏小，进而可能导致发电效能大于100%。

2 评估方法应用对比分析

从实际情况来看，不同的评估分析方法和指标，在风电机组的性能分的侧重点和应用范围可能有差别，见表1。

功率曲线主要直观衡量风电机组发电性能，主要反映风电机组的发电性能最佳点，发电效能除体现风电机组自身发电性能外，还受到环境因素、场内外受累、设备运维管理等因素对风电机组发电量的影响，属于全面反应风电机组发电状况的指标。

3 结 语

随着风电行业由规模化向精益化发展，风电机机组发电效能越来越受到重视。通过对风电机组发电性能进行综合分析，测试评估风电机组功率特性，深入探讨风电机组和风电场的实际运营和理论设计之间的差异和存在问题，可为风电机组设计、选型和风电场投资分析提供宝贵经验和有力依据。面对不同风电场或不同风电机组进行发电性能评估时，应综合考虑应用以上几种评估方法，方可达到科学准确的效果。

参考文献：

[1] 于文革，王庆伟，王昭阳.标准风速—功率曲线在机组功率曲线验证中 应用[J].风电技术，2015，（6）.

[2] 戴烁明.水平轴风电机组风轮性能与载荷技术分析[D].北京：华北电力 大学，2013.

[3] 贺德馨.风工程与工业空气动力学[M].北京：国防工业出版社，2006.

[4] Tony Burton，武鑫（译）.风能技术[M.北京：科学出版社，2007.