关于风电场运行数据与数值模拟分析

金花

摘 要：根据沿海滩涂风电场各风机近7年的运行数据和测风塔1年的实测数据，采用WAsP10.0软件，对本风电场进行数值模拟设计；并与选择风电场2011年实测运行数据进行差异分析，根据对比结果，进一步对场内各排布风机资源进行统计分析，进而得出风电场风机布置时的需考虑的排布建议。

关键词：资源分布；风机布置；数值模拟；产量变化

中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）06-0163-04

1 概述

本文选择某已运行近7年的滩涂风电场工程的运行数据及临近场址附近的实测测风塔数据，根据风电场地形特点，采用适用于平坦风电场的WAsP10.0软件，对实际运行数据和模拟值进行对比分析。

根据风电场主导风向，本工程机组主要沿海岸线布置，海岸线呈不规则的南北走向，场址主导风向以东南风和东北风为主，场内地形地貌为鱼塘；风电场安装了81台750kW风电机组，轮毂高度为60米，风轮直径为50米；所有风机以东北-西南向分10组排布，经监控后台导出所有风机轮毂高度60米处的各月平均风速、月发电量和各月风向分布表（81台风机安装位置图见附件（风电场平面布置图如图1所示））。本工程场外围有2座测风塔，测风塔离风电场中心距离约2.5km，最远的风机离该塔约4km。

收集1#塔2011完整自然年实测风速风向数据，数据有效完整率为99.7%。收集2#测风塔2011完整自然年实测风速风向数据，数据有效完整率为96.5%。

2 数据分析

2.1 运行数据

本风电场共安装了81台750kW机型，轮毂高度60m，风轮直径50m，表1列出了风电场81台风机近7年各风机年平均风速，年上网电量和可利用率。

由表1可见，2009年至2015年各风机年平均风速分别为5.67m/s、5.80 m/s、5.46 m/s、5.81m/s、5.74m/s、5.58m/s、5.32m/s；等效满负荷小时数分别为1420、1540、1178、1481、1441、1607、1147小时。风电场所有风机年平均可利用率除了2010年和2012年在70%以上外，其他年份年平均可利用率在80%以上，风电场风机可利用率在70%-98%之间。

2.2 测风数据分析

表2列出了两个测风塔自2011年不同高度年平均风速值。

2.2.1 风速月际变化

测风塔所测风速中，春秋季节风速较大，夏冬季节风速较小。2号测风塔60m高度年平均风速为5.7m/s，图2风电场两测风塔风向玫瑰分布图1号测风塔60m高度年平均风速为5.6m/s。2号位于1号的东侧，说明风电场东部的风速要优于西部。

2.2.2 场址所在地区风向分布

图2为两测风塔2011年同期风向玫瑰图，风电场全年主导风向为东南风，次主导风向为东北风。

2.3 运行数据与数值模拟相对比分析

风电场各风机按300m-400m的间距排布，东西向间距为300m，南北向间距为400m，由南向北共计10排风机。因场址北侧为河道，沿着河道南侧两排风机台数分别为3台和4台。后面8排风机台数分别在5-7台左右排布。本工程数值模拟计算软件采用WAsP10.0，计算输入条件统一，tab数据为场内两座测风塔2011年全年实测数据；为了便于分析风机排布过程中风速衰减的趋势，选择了场内部分由东北-西南方向延伸的10排点位对比分析，共计56台机位，表3列出了风电场750kW部分风机2011年实际运行数据及WAsP10.0模拟计算数据。

由表3可见，风电场750kW各风机2011年实际运行数据中，56台风机年平均风速为5.55m/s，WAsP10.0模拟出年平均风速为5.62m/s，模拟风速比实际运行风速高0.07m/s，2011年实际等效满负荷小时数是1209h，WAsP10.0模拟出年等效满负荷小时数为1124h。

由图3可见，各风机运行发电量数据与软件模拟值变化规律一致。

表4列出风电场6排风机在实际运行过程中，上风向风机与下风向风机（前后风机）之间的风速和发电量的差值。

由表4可见，第1排风机，上风向A14号风机风速比A13号风机高0.06m/s，上风向A13号风机风速比A12号风机高0.23m/s。

第2排风机中，上风向上风向A11号风机风速比A10号风机高0.29m/s，上风向上风向A10号风机风速比A9号风机低0.08m/s，上风向上风向A9号风机风速比A8号风机高0.12m/s。

第3排风机中，上风向上风向A7号风机风速比A6号风机高0.21m/s，上风向上风向A6号风机风速比A5号风机低0.05m/s，上风向上风向A5号风机风速比A4号风机高0.09m/s，上风向上风向A4号风机风速比A3号风机高0.14m/s，上风向上风向A3号风机风速比A2号风机低0.03m/s，上风向上风向A2号风机风速比A1号风机低0.02m/s。

第4排风机中，上风向上风向A21号风机风速比A20号风机高0.21m/s，上风向上风向A20号风机风速比A19号风机高0.03m/s，上风向上风向A19号风机风速比A18号风机高0.15m/s，上风向上风向A18号风机风速比A17号风机高0.05m/s，上风向上风向A17号风机风速比A16号风机低0.03m/s，上风向上风向A16号风机风速比A15号风机高0.1m/s。

有图可见，风电场第5、6、7三排下风向位置的风机中空出300-600m的不同间距，使得这片风机呈梅花形布置，减少了风机间的相互影响，上下风向之间的风速差值在0.2m/s以内，大部分机位风速差值在0.1m/s左右。

由表5发电量上的差异中可见，大部分上风向机位与下风向机位等效满负荷小时数的差值之间按倍数递减，但主要是上风向的第一个机位和第二个机位之间的差值较大，上风向风机对下风向的干扰很明显。

2.4 運行数据与数值模拟分析成果

实际运行数据比软件数值模拟年平均风速偏小约0.07m/s，根据其他以往工程及本工程可见，运行风速数据与实测风速数据差值在0.08m/s-0.1m/s属于在合理变化范围内。本报告实际发电量高出模拟发电量的原因是：实际运行发电量来源于不同风机的产量，而软件采用了一种功率值和推力系数进行计算的。

风电场各风机实际运行风速数据的变化受主导风向的影响较明显，上风向风机风速高于下风向风机，随着机位在下风向位置上数量的递增，各机位风速呈逐渐走低的趋势，上风向机位风速与下风向风机风速平均差值在0.1m/s左右，上风向第一个风机为资源最优机位，第二个和第三个风机风速衰减值在0.1-0.3m/s之间，分析认为，在大规模的风电场风机排布时，在主导风向不是很单一的情况下，尽量加大上风向与下风向风机之间的距离；其次在下风向位置处可适当放大风机间距，可呈梅花形布置，或者在下风向位置尽可能的增加一定距离的隔离带，减少风机相互影响导致的电量损失，便于提高整个风电场的产量。

参考文献

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