所以,我們在通過實際運行功率曲線考察風(fēng)電機組性能時,應(yīng)當(dāng)考慮影響功率曲線的多種因素,并對環(huán)境、障礙物等影響因素給以嚴(yán)格的限制條件。根據(jù)負(fù)載的性質(zhì),負(fù)載的大小以及風(fēng)電機組安裝現(xiàn)場的風(fēng)速、風(fēng)向、地形等情況的不同,風(fēng)電機組的功率曲線是一組而不是一條。也就是說,同一風(fēng)電機組會因條件(如:時間、季節(jié)、位置、限負(fù)荷等)的改變形成一系列不同的功率曲線。
二、采用61400-12標(biāo)準(zhǔn)考核風(fēng)電機組功率曲線所存在的問題
隨著中國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,裝機總量突飛猛進,越來越多的業(yè)主開始對風(fēng)電機組功率特性進行測試。風(fēng)電機組功率特性測試一般按照IEC61400-12-1進行。
風(fēng)電機組的功率特性主要體現(xiàn)在機組的功率曲線、年發(fā)電量及功率系數(shù)。影響風(fēng)電機組功率特性的主要外界因素有地形、空氣密度、大氣壓強及風(fēng)況等。進行功率特性測試應(yīng)收集足夠數(shù)量且覆蓋一定風(fēng)速范圍和大氣條件變化的數(shù)據(jù),以精確地確定風(fēng)電機組的功率輸出特性。
(一)采用IEC61400-12評估實際運行功率曲線的難點
IEC61400-12標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了功率曲線的測量評估方法。有如下要求:
(1)風(fēng)速、電功率傳感器應(yīng)具有一定的采樣頻率和測量精度。
(2)要求對機位的地形條件進行評估,排除地形、障礙物對風(fēng)電機組出力的影響。
(3)要求搭建標(biāo)準(zhǔn)的測風(fēng)塔來測量風(fēng)電機組的來流風(fēng)速,并對測風(fēng)塔測量的扇區(qū)進行規(guī)定,即保證測風(fēng)塔測出的是被測機組的來流風(fēng)速,而不是尾流。
(4)要求在計算平均風(fēng)速時,考慮空氣密度對風(fēng)能的影響,要求進行風(fēng)速修正,即修正到標(biāo)準(zhǔn)空氣密度。
(5)評估方法是按照10mins的統(tǒng)計平均值來進行,即計算風(fēng)電機組正常運行的每個10mins時間段內(nèi)的平均風(fēng)速、平均功率,再按照所有的10mins平均風(fēng)速大小來排列分類,按照0.5m/s區(qū)分1個區(qū)間。最后在每個區(qū)間內(nèi)再計算平均風(fēng)速、平均功率,以此作為功率曲線的數(shù)據(jù)點。
(6)要求在每個0.5m/s內(nèi)測到的10mins平均風(fēng)速、功率數(shù)據(jù),應(yīng)超過規(guī)定的數(shù)據(jù)量。
(7)要求對測量的不確定度進行評估。
由以上的規(guī)定條件和測定要求可知,功率曲線現(xiàn)場測試是相當(dāng)復(fù)雜的。雖然,實際風(fēng)電機組監(jiān)控系統(tǒng)功率曲線的繪制方法是根據(jù)相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)進行,但風(fēng)速、電功率采用的是機組自身的傳感器,其測量精度難以達到IEC61400-12中相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求;沒有排除地形、障礙物對功率曲線測量的影響;也沒有對空氣密度進行準(zhǔn)確地修正。因此,風(fēng)電場機組所形成的功率曲線難以準(zhǔn)確反映風(fēng)電機組的實際性能。
(二)采用IEC61400-12-1標(biāo)準(zhǔn)評估實際運行功率曲線實際操作存在的問題
依據(jù)IEC61400-12-1進行風(fēng)電機組功率特性測試,可以較為準(zhǔn)確地評估出機組的運行狀態(tài)估算出年發(fā)電量,通過進一步分析可以發(fā)現(xiàn)機組存在的問題。但通過對風(fēng)電機組功率曲線實際測試過程的總結(jié),發(fā)現(xiàn)以下幾點問題:
(1)依據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)進行功率特性測試雖然準(zhǔn)確地評估出單臺機組的運行狀態(tài),但耗費了大量的人力物力及時間,如何準(zhǔn)確、快速、低成本地測試風(fēng)電場所有機組的性能是一個亟待解決的問題。
(2)IEC標(biāo)準(zhǔn)采用10mins內(nèi)的平均風(fēng)速,但是在額定風(fēng)速處曲線較為平滑,相對準(zhǔn)確地確定額定風(fēng)速存在一定難度。
(3)IEC標(biāo)準(zhǔn)在估算年發(fā)電量時采用的是瑞利分布,若采用風(fēng)電場實測數(shù)據(jù)進行威布爾曲線擬合,此時估算的年發(fā)電量或為更加準(zhǔn)確。
(4)國內(nèi)風(fēng)電場的地形普遍比較復(fù)雜,對于已投產(chǎn)后的風(fēng)電機組如何進行場地標(biāo)定是需要研究解決的問題。
(三)采用IEC61400-12-2標(biāo)準(zhǔn)評估風(fēng)電機組運行功率曲線所存在的問題
在接近滿負(fù)荷發(fā)電時,湍流強度對機組功率曲線影響較大,如圖4所示。
圖4:湍流對風(fēng)電機組功率曲線的影響
因此,IEC61400-12-2標(biāo)準(zhǔn)特別闡述了湍流強度對功率曲線的影響。湍流導(dǎo)致風(fēng)電機組在低風(fēng)速段的實際功率曲線優(yōu)于靜態(tài)功率曲線;在高風(fēng)速段,特別是額定風(fēng)速段,實際的湍流功率曲線比靜態(tài)功率曲線差。機組實際功率曲線的滿負(fù)荷發(fā)電風(fēng)速遠(yuǎn)高于靜態(tài)功率曲線上的滿負(fù)荷風(fēng)速,如圖1和圖2所示。
風(fēng)電場的瞬時風(fēng)速與瞬時風(fēng)能是不斷變化的,而風(fēng)能與風(fēng)速的三次方成正比。因此,當(dāng)采用一段時間內(nèi)的平均風(fēng)速和平均風(fēng)能相對應(yīng)時,其結(jié)果為:相對應(yīng)的風(fēng)速、風(fēng)能與風(fēng)電場實際情況是不一致的,后者高于前者。由此,在低風(fēng)速段,動態(tài)功率曲線優(yōu)于靜態(tài)功率曲線。