风电场发电量计算功率曲线选择方法之一 —— 测试功率曲线不宜直接使用-第2页-北极星风力发电网

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2.5小结

功率曲线的测试不确定度会对功率曲线测试结果产生较大的影响。

但合理的场址选择、有效的设备检定、严格遵循标准的测试过程，可以将测试的不确定度控制在较低的水平。

3.场址环境条件对功率曲线的影响

影响风力发电机组功率曲线的环境条件参数主要有空气密度、湍流度、风剪切、入流角以及偏航角等因素。本节将以某2MW风电机组为例，进行相关的计算，以分析各因素对功率曲线的影响。

3.1空气密度

空气密度的大小，直接影响风的能量，因此空气密度会对功率曲线带来巨大的影响。同一机组，空气密度分别为1.000kg/m3、1.225kg/m3和1.400kg/m3的功率曲线如图2所示。

可见，不同空气密度造成的功率曲线差异显著，因此，在使用时通常会针对不同的空气密度对功率曲线进行修正，目前通常采用的修正方法基于能量守恒原理，即通过风速三次方和密度的乘积不变来得到等效风速，最后得到修正后的功率曲线。但经过修正后的结果与机组真正在对应空气密度下运行的结果还是存在一些差异。下面以标准空气密度（1.225kg/m3）为基准，使用修正方法和通过仿真直接计算得到的功率曲线进行对比，表2给出不同空气密度和场址年平均风速（风速分布为标准瑞利分布，下同）下，风速修正和直接仿真计算得到的累计发电量和差异百分比。从表2可知，发电量有1%~2%的差异，这意味着如果进行功率曲线测试的风电场与拟建目标风电场环境条件不同，即便进行了空气密度修正，直接采用测试功率曲线进行发电量估算仍可能带来1%到2%的偏差。

3.2湍流度

湍流度反应了风速变化的剧烈程度，也意味着风能波动的大小。虽然目前的风力发电机组具有主动控制功能，以使机组运行在能尽可能最大吸收风能的状态，但是由于机组各个模块的惯性，达到最优状态总是需要一定的时间，因此湍流度的存在，给机组控制系统提出了挑战，这也意味着不同大小的湍流度将会影响功率曲线。本文选取IEC标准3类湍流度等级A，B，C对应的特征湍流强度0.16，0.14，0.12的环境条件为例，进行了功率曲线计算，结果见图3。从图上可以看出，在低风速段，湍流度高时功率反而相对较大。这是由于能量和风速不是线性的关系，所以湍流度越大，同样的平均风速下风的能量越大，这是导致低风速下高湍流度功率偏大的原因。而到了相对高风速，控制的影响开始起了主导作用，此时湍流度越大，功率越小。

同样以场址年平均风速分别为6m/s、7.5m/s时的累计发电量和差异百分比进行对比分析，见表3。可以看出在6m/s年平均风速下，高湍流度的结果相对更大；而到了7.5m/s时，该差异逐渐缩小。这和湍流度对高低风速功率影响吻合。虽然湍流度的变化，会同时伴随风能变化和对机组控制的影响，且两者对功率的影响恰好相反，这降低了湍流度对功率曲线的影响。但依然存在1%~2%的影响。特别的，当机组控制能力相对较差或环境条件范围扩大时，该差异可能会进一步显著。

3.3其它环境条件

对于其它环境条件，虽然通常测试时无法很好的测得，如：风剪切、入流角和偏航误差，但这些环境条件又会对功率曲线带来一定影响。

风剪切表示风速随高度的变化规律，不同的风剪切会使轮毂高度处的风速代表的整个风轮面的风能不同，从而影响同样轮毂高度风速时的功率值。

入流角和偏航误差分别表示风向在水平和垂直方向是否正对风轮平面，这个角度的偏差，同样会影响风轮平面内的风能。

本文在分析中选取该三个参数常见的参数范围并进行了计算分析，参数的具体值和结果详见图4和表4：

从上表中可以看出，在最极端的情况下，风剪切、入流角和偏航误差都能带来较大影响，分别可达到：接近5%、超过10%、超过5%的发电量影响。

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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