在標(biāo)準(zhǔn)空氣密度(ρ=1.225kg/m3)的條件下,風(fēng)電機組的輸出功率與風(fēng)速的關(guān)系曲線稱為該風(fēng)電機組的標(biāo)準(zhǔn)功率曲線。
靜態(tài)功率曲線忽略了風(fēng)的湍流特性,是理想情況下的機組出力性能。在對風(fēng)電機組進(jìn)行仿真時還需要考慮控制策略的作用,以反映機組的實際運行狀態(tài),如變速變槳機組需要通過改變槳距角來控制輸出功率的大小,在快達(dá)到滿負(fù)荷與滿負(fù)荷之間有明顯的拐點,如圖1所示。靜態(tài)功率曲線是在風(fēng)速恒定條件下得到的風(fēng)電機組可以產(chǎn)生的電功率,但實際風(fēng)速是不停地變化的。
動態(tài)功率曲線是考慮風(fēng)的湍流特性而繪制的功率與風(fēng)速關(guān)系曲線,每種風(fēng)速下的功率是一定時間內(nèi)的功率平均值。動態(tài)功率曲線在達(dá)到額定功率之前更平滑,無明顯拐點,如圖2所示,顯然更符合機組平緩運行的實際情況。因此,風(fēng)電機組動態(tài)功率曲線的滿負(fù)荷發(fā)電風(fēng)速高于靜態(tài)功率曲線的滿負(fù)荷發(fā)電風(fēng)速。
圖2:1.5MW風(fēng)電機組動態(tài)功率曲線
風(fēng)電機組實際運行功率曲線的考核
一、評估風(fēng)電機組運行功率曲線的長期性和復(fù)雜性
受外部環(huán)境和控制策略的影響,風(fēng)電機組實際測試的功率曲線與標(biāo)準(zhǔn)功率曲線存在著很大的偏差。
功率曲線是由機組發(fā)電功率與風(fēng)速一一對應(yīng)而形成的特性曲線。因風(fēng)電機組葉輪質(zhì)量較大,監(jiān)控系統(tǒng)上顯示的瞬時風(fēng)速和風(fēng)電功率不一致的情況會經(jīng)常出現(xiàn),且風(fēng)況變化的隨機性很大。從實踐來講,風(fēng)速點的數(shù)據(jù)量過少,不具有評估價值。在短時間內(nèi),機組不能形成較為完整、準(zhǔn)確的功率曲線。風(fēng)電機組實際運行功率曲線的形成需要一個較長的時間過程,因此,評價功率曲線一定要使用長期數(shù)據(jù)。同時,現(xiàn)場的功率曲線調(diào)整后所需的驗證時間較長。
根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18709-2002《風(fēng)電場風(fēng)能資源測量方法》和GB/T18710-2002《風(fēng)電場風(fēng)能資源評估方法》制定的《風(fēng)電場風(fēng)能資源測量和評估技術(shù)規(guī)定》(發(fā)改能源[2003]1403號)中要求:“現(xiàn)場測量收集數(shù)據(jù)應(yīng)至少連續(xù)進(jìn)行一年,并保證采集的有效數(shù)據(jù)完整率達(dá)到90%以上”。這就是說,在獲得風(fēng)電機組的實際運行功率曲線時,不僅要考察每臺機位的湍流強度等風(fēng)況條件和地形條件,功率曲線形成的時間長短、數(shù)據(jù)的完整性,還需考慮有效數(shù)據(jù)完整率。例如:風(fēng)電場限電后所生成的功率曲線數(shù)據(jù),不能稱之為有效數(shù)據(jù);受到干擾和影響的數(shù)據(jù)因不能反映風(fēng)電機組的真實性能,不能計入風(fēng)電機組實際運行功率曲線的形成和統(tǒng)計之中。
風(fēng)電機組運行功率曲線是通過散點分布圖繪制而成。從嚴(yán)格意義上講,功率曲線是測不準(zhǔn)的,因為機組的實測功率曲線很離散且范圍較寬。
圖3:風(fēng)電機組功率特性測試的散點分布圖
由圖3可知,在滿負(fù)荷風(fēng)速以下的風(fēng)速段,不僅同一風(fēng)速機組功率的最大值和與最小值之間的偏差巨大,而且功率平均值也處在一個很寬的范圍。由于功率曲線散點分布的離散性,同一風(fēng)電機組在不同時間的實際運行功率曲線一定是不同的。在其他條件完全相同的情況下,因主控的不同(包括主控參數(shù),主控硬件,軟件等)會造成功率曲線的不同。
由于風(fēng)電機組的實際運行功率曲線受到風(fēng)電場的風(fēng)況和形成條件的影響,風(fēng)電機組在不同風(fēng)況和條件下形成的功率曲線是不同的。一臺性能優(yōu)異的風(fēng)電機組,在風(fēng)況較差的條件下,形成的功率曲線完全可能達(dá)不到其理論值,發(fā)電量低于其他同類型風(fēng)電機組。