风电场风速分布及风速功率曲线分析

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。

非限电月发电量与月平均风速关系图
1、数值表
时间2013年5月2013年6月2013年7月2013年8月2013年9月发电量（万.千瓦时）2433.611417.7241425.0461627.3931980.467
平均风速（m/s）7.67 6.05 5.84 6.23 6.81
2、曲线图
3、具体说明
目前2013年度我风电场实现非限电共五个月，分别为五至九月。

根据上诉图表记录内容，反应了我风电场非限电阶段功率和平均风速的关系情况。

根据风能利用公式：风能E=1/2ρA V2（ρ：空气密度；A:扫风面积；V：风速）风能的大小和风的密度成正比，我风电场五月和九月相对于其他三个月气温较低，所以空气密度相对较大，发电量自然要高，而其他三个月气温较高，相反发电量自然会少下来。

浅谈风力发电机组的风速功率曲线摘要：本文介绍了风电机组风速功率曲线的定义及的相关指标术语，分析了风速功率曲线的作用和影响因素，并结合行业案例，阐述了风速功率曲线的实际应用。

风速功率曲线可用于风电机组异常运行数据的清洗、故障诊断和风电机组发电控制策略的优化等。

关键词：风速；功率；风速功率曲线；异常数据；故障诊断；优化1.引言对于风力发电机组，考核机组性能、评估发电能力，始终贯穿于整个机组设计、风场选址、机组发电、机组运维等全过程中。

如何合理地提高机组运行效率、评估机组运行状况，始终是业内的一个重要研究课题。

本文给出了风场风速功率曲线的定义、作用、影响因素、分析方法以及解决的实际问题，旨在通过对风速功率曲线的介绍、现有方法的分析和讨论及其应用，对其应用前景和发展方向进行归纳总结。

1.风速功率曲线定义根据IEC6140012标准的定义，风力发电机组的风速功率曲线是风力发电机组输出功率随10min平均风速变化的关系曲线，如果不考虑其他因素（忽略风电机组的内部特性），风力发电机组输入的风速是影响其输出功率（即有功功率）的主要因素。

其中，为风电机组输出的有功功率，单位为，为测量的风速，单位为。

对于每一种风力发电机组的机型，生产厂商都会有一个理论风速功率曲线，通过实际风速功率曲线与理论风速功率曲线的对比，可判断风力发电机组是否处于超负荷、欠负荷或正常负荷运转。

然而由于风电机组的实际运行环境与理想设计环境有较大差别，导致理论风速功率曲线在实际风场中产生偏差，因此为了能真实反映风力发电机组的实际运行状态，需要构建风场实际的风速功率曲线。

图 1展示了国内某风场2.5MW机型10台机组的实际风速功率散点与理论风速功率曲线，从图中可以看出，实际的风速功率散点与理论风速功率曲线之间存在某些偏差。

图 1某风场10台2.5MW机组的实际与理论风速功率曲线1.风速功率曲线的作用在风力发电机组的设计阶段，风速功率曲线可以从理论上可以确定风力发电机组的功率特征与运行特点，并且可以从理论上来评估风电机组的发电量与发电效率，进而衡量风电机组的风能转换能力。

风电场的风速以及风功率变化规律的研究随着风电场的大规模建设，弃风电量的评估得到越来越多的关注。

本文主要研究风电场的风速以及风功率变化规律，旨为弃风电量评估模型建立打下坚实的基础。

提前掌握风速和风功率变化规律的情况，可以减少旋转备用容量，减小风力发电系统成本，并且为电网运行调度提供可靠的依据。

标签：风电场；风速；风功率；变化规律1 引言风能作为一种可再生、洁净的能源，近年来在全世界范围内得到了突飞猛进的发展。

由于风能具有波动性、间歇性、低能量密度、不可控性等特点，大规模风电的接入对电力系统的安全稳定运行带来了很大的挑战。

因此在弃风电量评估模型建立以前，对风电场的风速以及风功率变化的统计规律的研究显得至关重要，提前掌握风速和风功率变化规律的情况，可以减少旋转备用容量，减小风力发电系统成本，并且为电网运行调度提供可靠的依据。

2 风速-风功率特点通过大量文献的查阅和参考，总结出风速变化主要表现为以下两种特点：（1）由于风能的能量密度较低，气温、阴晴、降水等都会引起风速的变化，因此风速变化将存在很大的波动性，呈现为非平稳的随机信号。

（2）由于风速的变化跟太阳的照射有密切关系，所以在一天中风的强弱在某种程度上又呈现周期性。

风功率变化主要表现为以下两种特点：（1）由于风的能量密度低，气温、多云的天气，降水会引起风速变化，所以风功率变化会有很大波动，呈现出非平稳随机信号。

（2）影响风功率变化的因素很多，包括风速、风向、空气湿度、大气密度等气象信息和风电场的位置、风机布局、地表粗糙度、海拔高度等物理信息。

因此，为了更好研究弃风电量评估模型，本文重点研究风速与风功率的变化规律，为研究弃风电量评估模型建立打好坚实的基础。

3 风速及风电功率变化的统计规律的数据指标根据风电场测风塔实测历史数据和风电场风力发电历史运行数据，研究该风电场的风速以及风功率变化的统计规律，确定各项数据指标的基本范围，为数据的预处理工作奠定基础。

风力发电系统中风场特性分析及功率曲线优化引言：随着全球对可再生能源的需求不断增长，风力发电作为一种清洁和可持续的能源解决方案受到了广泛关注。

风力发电系统的核心是风力机组，而风场特性分析和功率曲线优化对于提高风力发电系统的效率和性能至关重要。

本文将详细介绍风场特性分析的方法和功率曲线优化的策略，以帮助读者更好地理解风力发电系统的工作原理和提高其发电效率。

一、风场特性分析1.1 风能资源评估风能资源评估是风场特性分析的第一步。

通过测量和分析一定时间内的风速和风向数据，可以评估风能资源的可利用程度。

这些数据可以通过现场测量或气象观测站获得。

此外，还可以使用数值模拟方法来预测风能资源的分布情况。

通过综合考虑地理位置、地形地貌和气象条件等因素，可以评估风能资源的可利用性，确定风力发电系统的布局和运行策略。

1.2 风场风速分布分析风力发电系统的效率和性能取决于风场中的风速分布。

风速分布分析可以揭示风能资源的空间分布特征，并评估风力发电系统的设计参数。

通常，可以通过测量和分析一定时间内不同高度或不同位置处的风速数据来获得风场风速分布的信息。

此外，还可以使用数值模拟方法来预测风场风速分布。

这些分析结果对于选择合适的风力机组类型和布局方案、优化风力机组运行策略和提高发电效率具有重要意义。

1.3 风场风向分布分析风力发电系统的效率和性能还取决于风场中的风向分布。

风向分布分析可以揭示风能资源的方向特征，并评估风力发电系统的布局和运行策略。

通常，可以通过测量和分析一定时间内不同位置处的风向数据来获得风场风向分布的信息。

同样地，也可以使用数值模拟方法来预测风场风向分布。

这些分析结果对于选择合适的风力机组类型和布局方案、优化风力机组运行策略和提高发电效率非常重要。

二、功率曲线优化策略2.1 功率曲线优化目标风力机组的功率曲线是描述其输出功率与风速之间关系的图形。

功率曲线的优化目标是使得风力机组在不同风速下能够输出最大功率，从而提高发电效率。

【摘要】风力发电机组功率曲线是判定机组发电性能的重要指标，根据某风电场风力发电机组功率曲线存在偏差的情况，对影响风力发电机组功率曲线的因素进行分析，制定排查计划，使得风机发电性能最大化。

【关键词】功率曲线影响因素风力发电机组在设计、试验和运行过程中，机组的功率曲线是一个非常重要的指标，在风力发电机组生厂商向业主单位提供设备的同时，均会提供机组相应的标准功率曲线。

由于各个地区自然因素的不同，风力发电机组在并网发电过程中的实际功率曲线可能与标准功率曲线存在偏差，根据某风电场风力发电机组功率曲线存在偏差的情况，对风力发电机组功率曲线的影响因素进行深入分析，寻找解决方案。

1风力发电机组功率曲线概述功率曲线指风力发电机组输出功率和风速的对应曲线。

描绘风电机组净电功率输出与风速的函数关系图和表。

风力发电机组实际运行的功率曲线反馈了机组的实际效率，实际功率曲线的优良反映了机组的经济性。

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的功率曲线与标准给定功率曲线的区别。

当实际功率曲线高于标准给定功率曲线时，风力电机组会处于过负荷状态，损害机组，减少机组运行寿命。

当实际功率曲线低于标准给定功率曲线时，会造成发电量下降。

2影响风力发电机组功率曲线的因素2.1 风向标测得风向与实际风向存在偏差风力发电机组运行过程中，风向标不断跟踪变化的风向，控制叶轮持续对准最大风向，使机组最大程度的获得风能。

根据贝兹理论，风力发电机组在风能中吸收的功率为：P=1/2ρSCpv³式中，ρ为空气密度，S为叶轮的扫风面积，Cp为理论风能利用系数，v为垂直叶轮平面的风速。

在上式中，v为垂直叶轮平面的风速，当风力发电机组风向标测得的风向与实际风向出现偏差的时候，机组的输出功率会受到严重的影响。

风电系统中功率曲线优化与预测研究随着环境污染问题的日益严重，新能源的开发和利用已成为人类社会的共同关注点之一。

风能作为一种清洁、可再生的能源形式，具有巨大的潜力。

然而，由于风能的不稳定性和波动性，风电系统的功率曲线优化与预测成为了研究的重点。

本文将探讨风电系统中功率曲线优化与预测的研究现状、方法及其应用前景。

首先，我们需要了解什么是风电系统的功率曲线。

风电系统的功率曲线是指风机从无风运行到额定风速运行时，风机输出功率与风速之间的关系曲线。

该曲线通常呈现出“S”型的形状，即在低风速下风机输出功率较低，随着风速的增加，输出功率逐渐增加，但当风速达到一定阈值时，输出功率趋于稳定。

功率曲线的优化与预测可以帮助风电系统更有效地利用风能，提高发电效率，减少能源浪费。

在功率曲线优化方面的研究中，目前广泛采用的方法是基于最大功率点跟踪（MPPT）算法。

该算法通过不断调整风机的工作状态，使得风机能在各种风速下都能输出最大功率。

常用的MPPT算法有修正阻尼比法、扰动观测法和模型预测控制法等。

这些算法通过对风机进行实时监测和控制，使得风电系统能够在不同风速下实现最佳性能。

此外，功率曲线的预测也是风电系统重要的研究方向。

风电系统的功率曲线预测可以帮助预测风速和风向，从而提前调整风机的工作状态，以适应不同的气象条件。

常用的功率曲线预测方法有时间序列分析法、神经网络法和回归模型法等。

这些方法通过对历史气象数据和功率输出数据的分析，建立数学模型，预测未来一段时间内的功率曲线。

这样，风电系统可以提前做出相应的调整，提高发电效率，减少能源损失。

风电系统中功率曲线优化与预测的研究具有广阔的应用前景。

首先，对于风电场的运营和维护管理来说，功率曲线优化与预测可以有效降低风电系统的运行成本。

通过实时跟踪功率曲线，并根据预测结果合理调整风机的工作状态，可以降低维护成本和停机时间，提高系统可靠性和可用性。

其次，功率曲线优化与预测对电网的稳定性和安全性也起到重要作用。

风电典型出力曲线引言风电作为一种清洁能源，具有可再生、无排放和资源丰富等优势，在全球范围内得到广泛应用。

风电典型出力曲线是描述风电发电机组在不同风速条件下的发电能力的曲线。

了解风电典型出力曲线对于风电场的运行和管理至关重要。

本文将介绍风电典型出力曲线的概念、特点以及对风电场运营的影响。

风电典型出力曲线的概念风电典型出力曲线是指在一定时间范围内，风电发电机组在不同风速条件下的平均发电能力的曲线。

通常以风速为横坐标，发电能力为纵坐标，以曲线的形式展示。

风电典型出力曲线可以反映出风电机组在不同风速条件下的发电能力变化，对于风电场的运行和管理具有重要作用。

风电典型出力曲线的特点1.非线性变化：风电典型出力曲线通常呈现出非线性变化的特点。

当风速低于额定风速时，风电机组的发电能力较低；当风速达到额定风速时，发电能力达到最大值；当风速超过额定风速时，发电能力会逐渐下降。

这种非线性变化使得风电机组在不同风速条件下的发电能力难以预测。

2.高度依赖风速：风电典型出力曲线表明，风电机组的发电能力高度依赖于风速。

当风速较低时，风电机组的发电能力较低，无法达到额定功率；当风速适中时，发电能力达到最大值；当风速过高时，发电能力逐渐下降。

因此，风电场的发电能力与风速之间存在着密切的关系。

3.额定风速：风电典型出力曲线中通常会标注额定风速。

额定风速是指风电机组能够以额定功率运行的风速。

在额定风速下，风电机组的发电能力达到最大值。

了解额定风速对于风电场的运行和管理非常重要，可以帮助确定风电机组的运行状态和发电能力。

风电典型出力曲线对风电场运营的影响1.发电能力预测：通过风电典型出力曲线，可以对风电机组在不同风速条件下的发电能力进行预测。

这对于风电场的运营和电力调度非常重要。

通过准确预测发电能力，可以合理安排风电机组的运行，提高发电效率。

2.风电场规划：了解风电典型出力曲线可以帮助进行风电场的规划和布局。

根据不同地区的风速条件，可以选择合适的风电机组类型和数量，以最大程度地提高发电能力。

风电场中的功率曲线建模研究随着对可再生能源需求的不断增长，风能作为一种重要的清洁能源形式，正在成为世界各地的主要发电方式之一。

风电场的功率曲线是评估风轮机性能和产能的重要指标之一。

因此，建立准确的功率曲线模型对于风电场的设计、运行和管理至关重要。

一、功率曲线概述风电场的功率曲线是描述风轮机在不同风速下所产生的电力输出的图表。

它通常以风速为横坐标，以电力输出为纵坐标。

功率曲线能够直观展现风轮机对风速的响应，从而反映出其发电性能。

通常情况下，功率曲线呈现出一个“三角形”的形状，即在低风速和高风速时，输出功率较低；而在中等风速范围内，输出功率达到最大。

二、建模方法1. 统计分析方法统计分析方法是构建风电场功率曲线模型的一种常用方法。

通过实际观测数据，收集并记录不同风速下的电力输出情况，然后对这些数据进行统计和分析，最终建立功率曲线模型。

这种方法简单直观，且不需要太多复杂的数学原理和模型假设。

然而，它的局限性在于对高风速和低风速区域的数据采集较困难，因为这些区域的观测数据相对较少。

2. 物理模型方法物理模型方法是一种基于风轮机工作原理和动力学特性的建模方法。

它考虑了诸多影响风轮机功率输出的因素，例如风轮叶片的气动特性、传动系统的效率等。

通过建立动力学方程和数学模型，物理模型方法能够较为准确地描述风轮机的工作状态和功率曲线。

然而，这种方法需要深入了解风轮机的机械结构和工作原理，并且需要相应的数学和物理知识支持。

3. 人工智能方法近年来，随着人工智能技术的发展，利用机器学习和神经网络等方法建模风电场功率曲线成为一种新的趋势。

这些方法通过训练大量的数据，并不断优化模型参数，能够在一定程度上准确地预测风轮机在不同风速下的功率输出。

与传统方法相比，人工智能方法具有更强的适应性和自适应性。

然而，它仍然需要大量的实测数据进行训练，且模型参数的调整比较困难。

三、建模结果根据上述不同的建模方法，我们可以得到不同的风电场功率曲线模型。