风功率曲线的影响要素盘点 | 工业数据分析
来源: | 作者:pmod6d781 | 发布时间: 2021-12-17 | 304 次浏览 | 分享到:

风功率曲线是很多风力发电机组分析的基础。风功率曲线加工时候,应该考虑哪些要素,是数据分析师(特别是非风电专业)面临的问题。除了风机故障、启停机、限功率、大偏航等典型工况外,其他要素缺乏系统整理,分散在行业标准(如IEC 61400-12-1、GB 18451.2-2003)、专家报告和论文中。基于这些不同来源,我们初步梳理出下图。


基本理解

风力发电机组从风能中吸收的功率P可以表达为

由此可以看出,空气密度、机组偏航对风偏差、风速仪测量误差、叶片对零偏差、不同的风剪切梯度、不同强度的湍流风况等都会影响机组的功率。


环境要素

功率曲线与气温、气压有直接关系,空气密度波动较大的风电场应按不同季节,进行功率曲线的统计与考核。

受地形影响,相同高度、不同地域的风剪切梯度不同,当轮毂高度的风速大于叶轮整体平均风速时,机组的功率曲线偏低。


另外,机组的地理分布位置也会影响机组的功率曲线。例如,山地、台地、峡谷、丘陵等地势及机组的尾流影响。

进一步,地形不仅仅包括风机所处的地势和位置,还应包括风向上其他遮挡物。


如果考虑不同风速下风的平稳程度或瞬态过程,问题会变得很复杂,远远超过日常监测数据分析或常规机理分析能够解决的,也许只有专门的实验才能揭示其奥秘。


在气动性能影响上,结冰、降雨、降雪等天气信息比较容易获得,但柳絮、沙尘等污垢因素通常没有相关的数据支撑(宏观层面可以做一定对比统计分析)。


风况要素

湍流风况会延缓机组的满发风速,即湍流越高机组功率曲线中显示的满发风速越高。除此以外,高湍流风况也会造成机组功率曲线无法满发。


在风功率曲线加工时,通常需要过滤掉高湍流、爬坡事件期间和大偏航时段。但更为复杂的是,控制系统的处理策略也会交叉影响(例如,风机偏航策略会延迟偏航动作),后面会具体讨论。


控制系统的要素

对于很多非风电专业的数据分析师,很容易忽略的是不同风机、不同时期的控制参数可能不同。例如,

控制参数的个性化调整:针对不满发(夏季空气密度低或高湍流造成的)等,可以调整机组的额定功率参数(例如,将额定功率由1500kw提高到1570kw),这样可以提高发电机的发电性能(需要谨慎避免超过发电机或变流器额度功率)。


人工干预或未知因素的影响:人为的限制机组功率、水冷变流系统电机侧功率单元损坏等问题造成的机组额定风速之后的无法满发问题。


特定的设计规律:大型风电机组为了避免频繁偏航调向的交变载荷对结构疲劳强度的影响,通常在控制系统设计时,设定大于15°时,风电机组进行偏航对风。例如Repower厂家的控制系统偏航参数设置,在风速小于6m/s时,对风偏差不超过±16°,风机组不进行偏航,机头与风向的偏差角度在16°与25°之间,且时间超过 120s,风电机组才执行对风偏航;当风速大于7m/s 时,风向相对较为稳定,对风的偏差角度超过±8°,且时间超过60s,风电机组执行对风偏航。