基于运行数据的风电机组功率曲线可靠性评估

王佳佳

国电电力山西新能源开发有限公司 山西大同 037000

1 我国并网风电机组发展

中国的并网风力发电机也在朝着增加单机容量和变速可变功率调节技术的方向快速发展。特别是2005年“可再生能源法”颁布后，在一系列国家激励政策的推动下，中国风电产业实现了跨越式发展。安装和运行了大量装置，新装机容量年增长率超过30%。

虽然中国的风电产业在数量上处于世界领先地位，但风电机组运行和维护技术的现状并不乐观，需要进一步消除。在中国风电设备行业的整个发展过程中，它具有以下特点：

国内大型风电机组制造业主要依靠技术引进和合作研发。（2）源自进口技术和进口的风力涡轮机主要是针对欧洲和美国等发达国家的运行环境而开发的。（3）近几年来，风电产业发展迅速。为了抢占市场，制造商经常将产品投入市场，并在研发单位尚未完全确定时进行安装和操作。

2 数据的筛选与修正

2.1 数据的筛选

为了提高风力发电机功率曲线评估的准确性，有必要对风力发电机的瞬时风速和有功功率数据进行筛选和处理，以确保分析风力发电机正常运行条件下的数据。因此，应删除以下情况中的数据：

（1）根据SCADA系统收集的停机统计和停机时间，消除停机前后30分钟同步风机的瞬时风速和有功功率；

（2）当瞬时风速大于切入风速且有功功率仍为0时，即单元不工作的数据，应消除数据；

（3）在正常数据点的相对密集的功率曲线下，可能存在一些分散的欠功率点。需要分析风扇是否处于有限负载运行状态，并且需要消除运行条件下的数据。

2.2 数据的修正

在根据风速-功率散点图拟合成功率曲线之前，需要对运行数据的相关量进行修正，折算到与风电场设计阶段理论功率曲线相同的条件下。

（1）空气密度可以根据现场气温和气压的测量值得到：

式中：ρ10min为空气密度10min的平均值，kg/m3；T10min为绝对气温10min的平均值，℃+273；P10min为测量气压10min平均值，Pa；R0为气体常数，287．05J/（kg·K-1）。

（2）对定桨距的失速调节风电机组，可根据下式对有功功率进行修正：

（3）对变桨距控制风电机组，应根据下式进行风速修正：

式中：Vn为修正后的风速；V10min为风速10min的平均值。

3 功率曲线绘制

将风速分割成多个1m/s的小区间（如［3．5m/s，4．5m/s］），对风速区间内V10min和P10min取平均值。具体计算公式如下：

4 功率曲线评估实例

本文所选取的风电场实例位于陕北地区，风电场已成功运营了5a时间。风电场内共有25台风机，本次功率曲线评估选取的是具有代表性（不因电网限负荷而限电运行）的2、12和16号3台样板风该风电场风机布置见图1所示。

图1 风电场风机布置图

考虑到运行数据的完整性，选择 2016．06．01-2016．08．31 评估期内三种型号风机的瞬时风速和有功功率数据进行分析，并按照本文方法对数据进行过滤。使用等式（3）执行风速校正。在校正数据之后，2,12和16个风扇的风速-功率散布在图2至4中示出。

根据校正的风力涡轮机风速-输出功率数据，根据公式（4）和（5）计算每个风速间隔中的平均风速和平均输出功率，并将其拟合到风扇实际运行功率曲线中。

图2 2号风机风速-功率散点图

率曲线进行对比，得到3台风机实际功率曲线与理论功率曲线的对比图，如图5所示。

图3 12号风机风速-功率散点图

由图5可以看出，3台风机在达到额定功率后，风机会保持部分超额发电；在［3m/s，9m/s］中低风速段均略高于设计阶段厂家提供的理论功率曲线；在［9m/s，14m/s］高风速段低于厂家提供的功率曲线。

图4 16号风机风速-功率散点图

图5 3台风机实际功率曲线与理论功率曲线的对比图

5 结论

本文根据风电场采集的运行数据，对风机实际功率曲线进行拟合，并与设计阶段厂家提供的功率曲线相比较来评估设计阶段的理论功率曲线可靠性。得出的结论如下：该风电场选取的3台风机的实际功率曲线整体高于设计阶段厂家提供的功率曲线，说明设计阶段厂家提供的风机功率曲线可靠性较高，该风电场运行状况良好。