风力发电机输出功率曲线图

风电机组风速-功率特性曲线建模研究综述杨茂;杨琼琼【摘要】风速-功率特性曲线是风力发电机组设计的基础,也是考核机组性能、评估机组发电能力的一项重要指标.介绍风速-功率特性曲线的定义、概念和基本特点,分别从参数方法、非参数方法、离散方法、随机方法4个方面详细阐述风速-功率特性曲线建模的实现方法.分析建模精度的评价方法,提出目前风速-功率特性曲线建模遇到的问题以及需要进行深入研究的发展方向.%The wind speed-power characteristic curve is the basis for the design of wind turbine,and it is also an important indicator for assessing the unit performance and generation ability.The definition,concept and basic features of wind speed-power characteristic curve are introduced,and the modeling methods for the curve are elaborated from four aspects,i.e.parametermethod,nonparametric method,discrete method,and random method.The evaluation method for modeling accuracy is analyzed and also the problems currently faced during modeling and the development directions needed to be deeply researched are proposed.【期刊名称】《电力自动化设备》【年(卷),期】2018(038)002【总页数】10页(P34-43)【关键词】风速-功率特性曲线;参数方法;非参数方法;离散方法;随机方法;建模【作者】杨茂;杨琼琼【作者单位】东北电力大学电气工程学院,吉林吉林132012;东北电力大学电气工程学院,吉林吉林132012【正文语种】中文【中图分类】TM6140 引言随着世界经济迅速发展，相应的能源需求也随之增长，传统的化石能源面临着能源枯竭的威胁。

文章编号:10072290X(2003)0120017203风力发电机组功率曲线的修正蔡纯,张秋生(汕头华能南澳风力发电有限公司,广东汕头515041)摘　要:风力发电机组功率曲线是考核机组性能的一项重要指标,但在实际操作过程中,由于现场自然风风速、风向变化的不确定性,给准确测取风力发电机组功率曲线带来困难。

因此,借助空气动力学理论,提出一种简便求取风力发电机功率曲线的方法:利用机组计算机自身绘制的功率曲线,通过理论计算,对功率曲线进行风速和空气密度的修正,以提高功率曲线的精确度和可比性。

关键词:风力发电机组;性能;功率曲线;风速;空气密度中图分类号:TM614 文献标识码:BCorrection to pow er curves of wind2driven generator setsCA I Chun,Z HA N G Qiu2s he ng(Hua ne ng Na nπao Wind Power Ge neration Co.,L t d.,Sha nt ou,Gua ngdong515041,China)Abstract:The p ower curve of a wind2drive n ge nerat or set is a n imp orta nt index reflecting t he perf or ma nce of t he set.The accurate measure me nt of t he curve,however,is aff ected by t he ever2cha nging wind velocity a nd direction.Theref ore,a conve nie nt met hod is p rese nted based on aerodyna mic t heory,w hich conducts t heoretical calculation on t he comp uter plotted p ower curve of t he set a nd ma kes correction f or wind velocity a nd air de nsity,so as t o imp rove t he accuracy a nd comp arabil2 ity of t he curve.K ey w ords:wind2drive n ge nerat or set;perf or ma nce;p ower curve;wind velocity;air de nsity 当前全国风力发电事业蓬勃发展[1],众多实力雄厚的大公司正在投资或准备投资建设大型风力发电场。

利用blade风力发电机组功率曲线计算方法以及流程目录1、概述 (1)2. 特性取得定方法 (1)2.1 空气动力参数确定 (1)2.2 整机摩擦系数 (2)2.3 齿轮箱效率曲线 (2)2.4 发电机效率曲线 (3)2.5 变流器效率曲线 (3)3. 生成功率曲线 (3)3.1 仿真计算风机功率曲线 (4)3.1.1 风机叶片数据包 (4)3.1.2 风机未并网用电量 (4)3.1.3 风机工作点损耗 (4)3.1.4 确定最佳控制系数Kopt (4)3.2 计算功率曲线 (7)3.3 现场测试 (9)4. 功率曲线数据提供管理 (9)1、概述风机风功率曲线由风机的特性决定。

主要有下列特性确定：●风机叶片空气动力特性●整机机械摩擦●齿轮箱效率●发电机效率●变流器效率等在没有对风机进行风功率测试及认证的情况下，需要通过仿真的方法对风机分功率曲线进行仿真计算，得出风机的功率曲线，以便提供客户风机功率曲线。

2. 特性取得定方法通过仿真确定风机的功率特性主要采取仿真与工厂测量相结合的方法。

对于在制造工厂及现场可以测量的特性数据，可以在制造工厂或在现场实地测量来确定，2.1 空气动力参数确定空气动力参数由叶片生产厂家提供叶片空气动力参数数据包确定。

对于参数的确定要求与厂家有书面和电子文档的方法进行。

叶片生产厂家需要提供书面的空气动力参数，主要包括：●叶片数据的功率值；●对应的Cp值；●转速值；●推力系数；提供的电子数据位Bladed 仿真软件可利用的数据文件。

主要内容包括：●叶片型号●数据包主版本号●数据包分版本号●数据包生成日期●数据包制作人及审批人2.2 整机摩擦系数整机摩擦系数可以通过实际测量的方法来实现。

具体测量方法如下：当风机在现场运行时，将风机调整至调试方式。

对风机在一组风速下运行时的转速进行测量，再通过计算得出风机的整机在各风速情况下的摩擦系数曲线值。

1)确定风速小于5 m/s；2)设定风机为调试方式，即不并网运行；3)设定风机转速对于双馈风力发电机，设定风机转速为0.5ωn，测量风速，风轮转速及变桨角度的 3 min 平均值；4)分别测量0.6ωn，0.7ωn，0.8ωn，0.9ωn，1.0ωn及1.1ωn的风速，风轮转速及变桨角度值；5)通过数学模型计算风机的摩擦系数曲线；详细说明见附件二。

影响直驱风机功率曲线的因素摘要：风力发电机是将风能转换为机械能，机械能转换为电能的电力设备。

作为一种不会产生辐射或造成空气污染的绿色能源，风力发电正在世界上形成一股热潮。

但风力发电机在工作时由于受到环境或本身结构的影响，其功率会受到影响，文章就影响直驱风力发电机功率的各方面因素进行探讨。

关键词：直驱风机；功率影响因素；功率曲线一、功率曲线的介绍功率曲线指风力发电机组输出功率和风速的对应曲线，是衡量机组风能转换能力的重要指标。

风电机组所利用的风能处于自然状态，风电机组的实际运行功率曲线，即风电机组在运行过程中通过机组控制器和后台软件所形成的功率曲线。

由于受到温度、气压、叶片污染及机组自身特性等因素的影响，不同风电机组所处的自然环境不同。

因此，从风电场实际看，不同风电场风电机组形成的功率曲线不同；同一风电场不同风电机组之间的功率曲线有差别；同一台风电机组在不同时间所形成的功率曲线也不尽相同。

分析实际运行功率曲线的形成和影响因素，便于理解实际运行功率曲线与标准功率曲线之间的差异。

了解影响风电机组功率特性的因数，有利于把风电机组调整到较好的工作状态，以增加风电机组的出力。

标准功率曲线是在标准的工况下，根据风电机组设计参数计算给出的风速与有功功率的关系曲线。

标准功率曲线所对应的环境条件是：温度为15℃，1 个标准大气压（1013.3hPa），空气密度为1.225kg/m3。

风电机组的实际效率主要通过风电机组实际运行的功率曲线得到反映，实际功率曲线的好坏综合反映了风电机组的经济性。

风电场的实际工况与标准功率曲线给定的环境条件之间存在很大的差异，这就决定了实际运行功率曲线与标准给定功率曲线的区别。

目前，研究风电机组叶轮的空气动力问题有3 种方法：理论计算、风洞试验和风电场测试。

风洞试验主要用于基础研究和小型风电机组的性能测试，风电场测试主要用于大型风电机组的性能测试和应用研究。

要研究和得到较为准确的反映兆瓦级风电机组的实际功率性能曲线，需要理论计算与风电场测试相结合[1]。

影响风力发电机出力的因素风力发电机在工作时由于受到环境或本身结构的影响，其功率会受到影响，目前大坝风场使用华锐3MW风机32台，现就一些影响风机出力的因素进行简单分析：一、功率曲线与上网发电量1、功率曲线反映了风力发电机组的功率特性，是衡量机组风能转换能力的指标之一，设备验收时功率曲线往往是被重点考核的对象。

下图为华锐3MW风机理论设计功率曲线下图为风机实际功率曲线从标准功率曲线与实际功率曲线对比可以看出，风机实际出力功率曲线与设计理论功率曲线趋近于相同（达到满发点有差异）。

但实际风场中还有个别风机存在功率曲线异常情况，如下图所示：下图为风机异常功率曲线：造成功率曲线异常有以下几点：一是华锐3MW远程监控系统数据记录错误或丢失。

二是我风场由于受到功率限制，大风期部分风机风机停运。

三是由于故障风机长时间停机，导致主控检测到的数据为零等。

2、因玉门地区发电量送出通道有限，导致我风场负荷受到严重限制，平常全厂出力为3万千瓦时左右（容量十万）,大风期我风场风机大部分不能满负荷发电。

二、风况及地理位置对风力发电机出力的影响风力发电的原动力是不可控的，它是否处于发电状态以及出力的大小都决定于风速的状况，风速的不稳定性和间歇性决定了风电机组的出力也具有波动性和间歇性的特点。

1、目前我风场年平均风速为6.3m/s(以2013年为例，90m高度),设计之初年平均风速为7.86m/s（70m高度，出自大坝风场可研性报告），风场年平均风速有所下降。

2、目前我风场所处位置西南及南面均有山，成西高东低地理位置不理想，根据风场玫瑰图可以看出我风场主导风向为东风和西风，山对风的影响比较大。

3、因风场地理位置、环境等客观因素，风切变也是影响风机出力的不可抗力的原因之一。

风切变，又称风切或风剪，是指风矢量(风向、风速)在空中水平和(或)垂直距离上的剧烈变化。

现场风速及风向的剧烈变化，造成风机出力不稳定、偏航、变桨调整时间延长等，致使风机出力受影响。

风机功率曲线和功率保证值计算研究摘要：本文介绍了一种利用风机实际运行数据，依据“IEC61400-12：功率特性测试”，计算风机功率曲线和功率保证值的方法。

本文采用了我国内蒙地区的实际风速、风况以及风机运行数据，采用bin方法对这些数据进行处理，整理出一套适合我国风电运营单位应用的风机功率曲线和功率保证值的考核方法。

关键词：风力发电机组特性；功率曲线；功率保证值；风场考核0 引言以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式——“低碳经济”，已经成为世界经济未来发展的必然选择。

发展低碳经济越来越成为世界各国的共识，倡导低碳消费也越来越成为人类社会新的生活方式。

新能源产业，作为新生的国民经济支柱产业。

尤其是在风力发电行业，近年来，我国政府颁布了一系列的优惠政策，推动风电企业发展。

目前，随着风机制造技术的进步，风力发电机的质量有了长足进步，大部分风机厂家的风机都经过国内外权威机构的认证，其样机的功率曲线和性能都经过授权机构的测量。

但是，因为进行样机测试功率曲线的气象条件、地形条件、风资源状况与各个风场风机实际运行的条件有所的不同，所以风场风机实际运行的发电量比预期的发电量低。

利用风机运行数据，准确计算各风机的功率曲线和功率保证值，建立的考核制度可以用来衡量风机性能参数是否满足风场当地外的风资源特点，为风机参数调整提供有力依据，从而最终提高风场发电量。

通过对同一风机的功率曲线和功率保证值不同时间的分析，可以衡量风机重要部件的老化程度和风场运行维护的水平。

从而为风机的研发提供建议。

另外，通过对不同机位风机和风况的长期分析，可以为风电场前期，风机微观选址和风机安装提供建议。

1 风力发电机组功率曲线计算1.1测量前的准备在进行功率曲线测量前，应保证风机主要部件工作正常，风机叶片表面清洁，无积雪、积冰现象。

1.2 数据来源与采集方法风速：以风电场中央监控系统记录的每台风机处的风速为准。

风电场的实际平均空气密度应以风电场内测风塔的气压和温度的实测值计算得出。

风力发电机组功率特性试验方法1范围本部分规定了测试单台风力发电机组功率特性的方法，并适用于并网发电的所有类型和规格的风力发电机组的试验。

本部分适用于确定一台风力发电机组的绝对功率特性，也适用于确定不同结构的各种风力发电机组功率特性之间的差异。

风力发电机组的功率特性由测定的功率曲线确定，并用来估计年发电量（AEP）。

测得的功率曲线也采集的瞬时风速和功率输出值确定，此项试验应在试验场有足够长的测量时间，并建立在有效的统计数据库的基础上，该数据库应覆盖一定的风速范围和各种风况条件。

年发电量利用测得的功率曲线对应于参考风速频率分布计算获得，假设可利用率为100%。

本部分描述了一个测量方法，这种方法要求测量的功率曲线和导出的年发电量应由补充误差及其综合影响修正。

2 定义下列定义适用于本部分。

2.1 精度accuracy被测量物的测量值与真实值的接近程度。

2.2 年发电量annual energy production利用功率曲线和轮毂高不同风速频率分布估算得到的一台风力发电机组一年时间内生产的全部电能。

计算中假设可利用率为100%。

2.3 可利用率availability在某一期间内，除去风力发电机组因维修或故障未工作的时数后余下的时数与这一期间内总时数的比值，用百分比表示。

2.4 复杂地形complex terrain试验场地周围属地形显著变化的地带或有能引起气流畸变的障碍物的地带。

2.5 外推功率曲线extrapllated power curve用估计方法对测出的功率曲线从测量的最大风速延伸到切出风速。

2.6 气流畸变flow distortion由障碍物、地形变化或其他风力机引起的气流改变，其结果是相对自由来流产生了偏离，造成一定程度的风速测量误差。

2.7 轮毂高度（风轮）hub height(wind turbine)从地面到风轮扫掠面中心的高度。

2.8 测量功率曲线measured power curve用图形和表格表示的按正确方法测试、修正和标准化处理的风力发电机组净电功率输出。

IEC61400-1第三版本2005-08风机-第一分项：设计要求1.术语和定义1.1声的基准风速acoustic reference wind speed标准状态下（指在10m高处，粗糙长度等于0.05m时），8m/s的风速。

它为计算风力发电机组视在声功率级提供统一的根据。

注：测声参考风速以m/s表示。

1.2年平均annual average数量和持续时间足够充分的一组测试数据的平均值，用来估计均值大小。

用于估计年平均的测试时间跨度应是一整年，以便消除如季节性等非稳定因素对均值的影响。

V annual average wind speed1.3年平均风速ave基于年平均定义的平均风速。

1.4年发电量annual energy production利用功率曲线和在轮毂高度处不同风速频率分布估算得到的一台风力发电机组一年时间内生产的全部电能。

假设利用率为100%。

1.5视在声功率级apparent sound power level在测声参考风速下，被测风力机风轮中心向下风向传播的大小为1pW点辐射源的A—计权声级功率级。

注：视在声功率级通常以分贝表示。

1.6自动重合闸周期auto-reclosing cycle电路发生故障后，断路器跳闸，在自动控制的作用下，断路器自动合闸，线路重新连接到电路。

这过程在约0.01秒到几秒钟内即可完成。

1.7可利用率（风机）availability在某一期间内，除去风力发电机组因维修或故障未工作的时数后余下的小时数与这一期间内总小时数的比值，用百分比表示。

1.8锁定（风机）blocking利用机械销或其它装置，而不是通常的机械制动盘，防止风轮轴或偏航机构运动，一旦锁定发生后，就不能被意外释放。

1.9制动器（风机）brake指用于转轴的减速或者停止转轴运转的装置。

注：刹车装置利用气动，机械或电动原理来控制。

1.10严重故障（风机）catastrophic failure零件或部件严重损坏，导致主要功能丧失，安全受到威胁。