目前,现实运行功率曲线考核风电机组性能受到业内人士的过度正视。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),但因为现场风况、传动链阻尼、体系测风等因素的影响,风电机组的现实功率曲线与理论曲线会存在差异。
现实运行功率曲线的外界影响因素许多,也极其复杂。因此,风电机组现实运行得到的功率曲线很难正确反映机组的出厂性能。也就是说,从肯定程度上讲,风电机组现实运行功率曲线与出厂性能之间的相干性较差。另一方面,风电机组的现实运行功率曲线,因其可以反映机组的现实运行状况与机位的风况条件,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紧张运行性能的体现情势。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)所描述的特征曲线。
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仿计算获得,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。
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征,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必要考虑控制策略的作用,以反映机组的现实运行状况,如变速变桨机组必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显明的拐点,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,但现实风速是一直地转变的。
动态功率曲线是考虑风的湍流特征而绘制的功率与风速关系曲线,每种风速下的功率是肯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,无显明拐点,如图2所示,显然更吻合机组平缓运行的现实情况。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。
风电机组现实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,风电机组现实测试的功率曲线与标准功率曲线存在着很大的误差。
功率曲线是由机组发电功率与风速逐一对应而形成的特征曲线。因风电机组叶轮质量较大,监控体系上表现的瞬时风速和风电功率不同等的情况会经常出现,且风况转变的随机性很大。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备、正确的功率曲线。风电机组现实运行功率曲线的形成必要一个较长的时间过程,因此,评价功率曲线肯定要使用长期数据。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》制订的《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延续进行一年,并保证采集的有用数据完备率达到90%以上”。这就是说,在获得风电机组的现实运行功率曲线时,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、数据的完备性,还需考虑有用数据完备率。例如:风电场限电后所生成的功率曲线数据,不能称之为有用数据;受到干扰和影响的数据因不能反映风电机组的真实性能,不能计入风电机组现实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。从严酷意义上讲,功率曲线是测不准的,由于机组的实测功率曲线很离散且范围较宽。
在满负荷风速以下的风速段,不仅统一风速机组功率的最大值和与最小值之间的误差伟大,而且功率平均值也处在一个很宽的范围。因为功率曲线散点分布的离散性,统一风电机组在不同时间的现实运行功率曲线肯定是不同的。在其他条件完全雷同的情况下,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。
因为风电机组的现实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。一台性能优秀的风电机组,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,我们在通过现实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、停滞物等影响因素给以严酷的限定条件。根据负载的性子,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,统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。