风电机组实际运行功率特性复杂性

　　目前，实际运行功率曲线考核风电机组性能受到业内人士的过度重视。国内大部分整机制造商都是通过的设计评估或设计认证，在认证时并未对风电机组功率曲线进行测试。因此，大部分制造商提供的担保功率曲线是通过设计仿真计算出来的理论功率曲线(静态功率曲线)，但由于现场风况、传动链阻尼、系统测风等因素的影响，风电机组的实际功率曲线与理论曲线会存在差异。

　　实际运行功率曲线的外界影响因素很多，也极其复杂。因此，风电机组实际运行得到的功率曲线很难准确反映机组的出厂性能。也就是说，从一定程度上讲，风电机组实际运行功率曲线与出厂性能之间的相关性较差。另一方面，风电机组的实际运行功率曲线，因其可以反映机组的实际运行状态与机位的风况条件，对判断和处理机组故障十分有利。然而，业内人士对此却普遍关心较少。

　　风电机组的静态与动态功率曲线

　　功率曲线是风电机组的重要运行性能的表现形式。所谓功率曲线就是以风速(Vi)为横坐标，以有功功率Pi为纵坐标的的一系列规格化数据对(Vi,Pi)所描述的特性曲线。

　　标准功率曲线是在标准工况下，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。标准功率曲线只是通过静态的模拟计算获得，而未考虑其他可能影响到风电机组功率曲线的因素，如图1所示。

　　图1：1.5MW风电机组静态功率曲线

　　在标准空气密度(ρ=1.225kg/m3)的条件下，风电机组的输出功率与风速的关系曲线称为该风电机组的标准功率曲线。

　　静态功率曲线忽略了风的湍流特性，是理想情况下的机组出力性能。在对风电机组进行仿真时还需要考虑控制策略的作用,以反映机组的实际运行状态,如变速变桨机组需要通过改变桨距角来控制输出功率的大小，在快达到满负荷与满负荷之间有明显的拐点，如图1所示。静态功率曲线是在风速恒定条件下得到的风电机组可以产生的电功率,但实际风速是不停地变化的。

　　动态功率曲线是考虑风的湍流特性而绘制的功率与风速关系曲线,每种风速下的功率是一定时间内的功率平均值。动态功率曲线在达到额定功率之前更平滑,无明显拐点，如图2所示，显然更符合机组平缓运行的实际情况。因此，风电机组动态功率曲线的满负荷发电风速高于静态功率曲线的满负荷发电风速。

　　图2：1.5MW风电机组动态功率曲线

　　风电机组实际运行功率曲线的考核

　　一、评估风电机组运行功率曲线的长期性和复杂性

　　受外部环境和控制策略的影响，风电机组实际测试的功率曲线与标准功率曲线存在着很大的偏差。

　　功率曲线是由机组发电功率与风速一一对应而形成的特性曲线。因风电机组叶轮质量较大，监控系统上显示的瞬时风速和风电功率不一致的情况会经常出现，且风况变化的随机性很大。从实践来讲，风速点的数据量过少，不具有评估价值。在短时间内，机组不能形成较为完整、准确的功率曲线。风电机组实际运行功率曲线的形成需要一个较长的时间过程，因此，评价功率曲线一定要使用长期数据。同时，现场的功率曲线调整后所需的验证时间较长。

　　根据国家标准GB/T18709-2002《风电场风能资源测量方法》和GB/T18710-2002《风电场风能资源评估方法》制定的《风电场风能资源测量和评估技术规定》(发改能源[2003]1403号)中要求：“现场测量收集数据应至少连续进行一年，并保证采集的有效数据完整率达到90%以上”。这就是说，在获得风电机组的实际运行功率曲线时，不仅要考察每台机位的湍流强度等风况条件和地形条件，功率曲线形成的时间长短、数据的完整性，还需考虑有效数据完整率。例如：风电场限电后所生成的功率曲线数据，不能称之为有效数据;受到干扰和影响的数据因不能反映风电机组的真实性能，不能计入风电机组实际运行功率曲线的形成和统计之中。

　　风电机组运行功率曲线是通过散点分布图绘制而成。从严格意义上讲，功率曲线是测不准的，因为机组的实测功率曲线很离散且范围较宽。

　　图3：风电机组功率特性测试的散点分布图

　　由图3可知，在满负荷风速以下的风速段，不仅同一风速机组功率的最大值和与最小值之间的偏差巨大，而且功率平均值也处在一个很宽的范围。由于功率曲线散点分布的离散性，同一风电机组在不同时间的实际运行功率曲线一定是不同的。在其他条件完全相同的情况下，因主控的不同(包括主控参数，主控硬件，软件等)会造成功率曲线的不同。

　　由于风电机组的实际运行功率曲线受到风电场的风况和形成条件的影响，风电机组在不同风况和条件下形成的功率曲线是不同的。一台性能优异的风电机组，在风况较差的条件下，形成的功率曲线完全可能达不到其理论值，发电量低于其他同类型风电机组。

　　所以，我们在通过实际运行功率曲线考察风电机组性能时，应当考虑影响功率曲线的多种因素，并对环境、障碍物等影响因素给以严格的限制条件。根据负载的性质，负载的大小以及风电机组安装现场的风速、风向、地形等情况的不同，风电机组的功率曲线是一组而不是一条。也就是说，同一风电机组会因条件(如：时间、季节、位置、限负荷等)的改变形成一系列不同的功率曲线。

　　二、采用61400-12标准考核风电机组功率曲线所存在的问题

　　随着中国风电产业的迅猛发展，装机总量突飞猛进，越来越多的业主开始对风电机组功率特性进行测试。风电机组功率特性测试一般按照IEC61400-12-1进行。

　　风电机组的功率特性主要体现在机组的功率曲线、年发电量及功率系数。影响风电机组功率特性的主要外界因素有地形、空气密度、大气压强及风况等。进行功率特性测试应收集足够数量且覆盖一定风速范围和大气条件变化的数据，以精确地确定风电机组的功率输出特性。