風電機組實際運行功率曲線影響因素分析

　　風電機組串列布置是指下游風電機組風輪旋轉軸線與上游風電機組風輪旋轉軸線重合的情況。圖8 是用AV 尾流模型計算處在尾流區不同截面上的風電機組風輪功率系數曲線[1]。

圖8 串列布置時尾流區風電機組風輪功率系數[1]

　　由圖可知：
　　在x/D=4 時，計算達到的最大風輪功率系數為沒有尾流影響的45% 左右；
　　在x/D=6 時，為65% 左右；在x/D=8 時，為75% 左右；在x/D=16 時，為97% 左右，尾流影響基本可以忽略[1]。
　　圖9 為現場實拍風電機組受尾流影響照片。上游風電機組對下游風電機組的影響不斷擴大，越是下游的風電機組其受影響程度越深。

圖9 實拍風電機組尾流場景

　　圖10 為某風電場的風電機組呈串列布置后，上游風電機組對下游風電機組功率的影響。西風（255°－ 285°），風速8m/s － 9m/s，風電機組的間隔距離為500m。從圖中可以看出，由于尾流的影響, 降低了風電機組的發電功率，從而減少了發電量，也影響了風電機組的功率曲線。

圖10 上游風電機組尾流對下游風電機組的影響

　　2.8 風電機組對風偏差對功率曲線的影響
　　圖11 給出了不同風輪對風偏差角度的風輪功率系數曲線。由圖可知：有對風偏差角時，由于垂直于風輪的來流速度減小，使風輪功率系數減小，當對風偏差在±15°時，風輪功率系數約減小10%。對風偏差角越大，風輪功率系數減小越多[1]。

圖11 不同風輪對風偏差角度的風輪功率系數曲線[1]

　　為了提高風電機組的效率，需要進行跟風偏航。較小的對風偏差角度有利于提高風電機組的發電效率，但是由于風和風電機組的特點，只有在風輪與風向偏差較大時，風電機組才進行偏航。
　　一方面，由于風向可以在瞬間變化，風輪的慣性很大。因此，風電機組難以跟上風向的變化，在一定的風向偏差范圍內風電機組不進行偏航。也就是說，風電機組在一定的風向范圍內“以不變應萬變”；另一方面，大型風電機組為了避免頻繁偏航調向的交變載荷對結構疲勞強度的影響，通常在控制系統設計時，設定大于15°時，風電機組進行偏航對風[1]。
　　按照Repower 廠家的控制系統偏航參數設置，在風速小于6m/s 時，風電機組對風偏差不超過±16°，風電機組不進行偏航，機頭與風向的偏差角度在16°與25°之間，且時間超過120s，風電機組才執行對風偏航；當風速大于7m/s 時，風向相對較為穩定，這時偏航的角度和時間設置較小。按照Repower 廠家的參數設置，對風的偏差角度超過±8°，且時間超過60s，風電機組執行對風偏航。
　　實際風電機組偏航的頻繁程度，由風電機組所處風況以及控制器設置的參數決定。在低風速段且風電機組發電功率較小時，偏航電機耗電占發電功率的比例較高，偏航的頻繁程度也是影響風電機組實際運行功率曲線的一個重要因素。
　　因此，從風場的實際情況來看，風電機組不能跟上風向是絕對的，能對上風是相對的，風電機組的機頭方向與風向總會有一定的偏差。圖12 是因對風偏差造成風電機組葉輪風能利用系數降低、效率下降的情況，影響風電機組的實際運行功率曲線。

圖12 對風偏差角度與風電機組的效率

　　2.9 機型對實際運行功率曲線的影響
　　風電機組的機型不同，在同等條件下，形成的風電機組實際運行功率曲線不同。
　　2.9.1 變速變槳恒頻與定槳失速風電機組
　　定槳距是指槳葉與輪載的連接是固定的，槳距角固定不變。即當風速變化時，槳葉的迎風角度不能隨之變化。
　　失速型是指槳葉翼型本身所具有的失速特性，當風速高于額定風速，氣流的攻角增大到失速條件，使槳葉的表面產生渦流，效率降低，限制發電機的功率輸出。因此，當風速大于滿負荷發電風速時，隨著風速的增加，風電機組的發電功率減小，如圖4（a）所示。
　　變槳距是指安裝在葉輪上的葉片可以通過控制改變其槳距角的大小。當發電機輸出功率達到額定功率以后，調節系統根據輸出功率的變化調整槳距角的大小，使發電機的輸出功率保持在額定功率。因此，風電機組在滿負荷發電風速以后，通過控制穩定風電機組的功率，風電機組的功率不會隨風速的變化而變化，如圖4（b）所示。
　　2.9.2 變槳恒頻直驅風電機組與變槳恒頻雙饋風電機組
　　直驅風電機組沒有運行轉速的下限，從原理上講，直驅風電機組的切入風速可以更低，沒有齒輪箱，消除了齒輪箱的耗能，雙饋機組工作于亞同步時，轉子勵磁需要從電網吸收少量的能量，永磁直驅不需要勵磁，減少了能耗。
　　因此，一般情況下，直驅風電機組在低風速段功率曲線較好。
　　直驅風電機組需要全功率變頻，所使用的是全功率變頻器，在功率較高時，變頻器的耗能較大，變頻器的功率原件與冷卻設備耗能比雙饋機組大得多，而雙饋機組采用的是部分功率變頻技術。一般情況下，在較高風速段到滿發風速之前，雙饋機組的功率特性較好。
　　2.10 形成功率曲線的環節造成功率曲線差異
　　實際功率曲線要受到很多外界因素和條件的影響。因此，IEC 61400 － 12 － 1: 2005 《Wind turbinegenerator systems － Part 12: Wind turbine powerperformance testing》對風電機組功率特性的測試條件作了詳盡的規定和限制。