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风电机组功率曲线问题及争议的那些事!

2017-02-25  来源:中国风力发电网  [已有0人评论]  [有偿投稿]
核心提示:所谓功率曲线就是以风速(Vi)为横坐标,以有功功率Pi为纵坐标的一系列规格化数据对(Vi,Pi)所描述的特性曲线。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风电机组的标准功率曲线。
中国风力发电网讯:提高风电机组效率、降低度电成本是业内人士的共同愿望,但过度强调机组效率,而忽视机组远期故障几率、部件损坏及长期度电成本,必然会顾此失彼,得到与初衷相反的效果。因业主对功率曲线的“严格”要求,国内不少本该出保的风电场,因功率曲线问题的分歧和争议,迟迟未能出保,该付的款项没有得到应有的支付。为了出保,厂家不得不在生成功率曲线的各个环节上作文章。为了在激烈的市场竞争中取胜,有的厂家对标准功率曲线甚至进行了大胆的修饰,良莠不齐的功率曲线论证公司也应运而生。因此,不少功率曲线的真实性及论证的合理性值得怀疑。
风能利用技术与提高机组效率
所谓功率曲线就是以风速(Vi)为横坐标,以有功功率Pi为纵坐标的一系列规格化数据对(Vi,Pi)所描述的特性曲线。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风电机组的标准功率曲线。
风能利用系数是指叶轮吸收的能量与整个叶轮平面上所流过风能的比值,用Cp表示,是衡量风电机组从风中吸收的能量的百分率。根据贝兹理论,风电机组最大风能利用系数为0.593,风能利用系数大小与叶尖速比和桨叶节距角有关系。
翼型升力和阻力的比值称升阻比。只有当升阻比和尖速比都趋近于无穷大时,风能利用系数才能趋近于贝兹极限。实际风电机组的升阻比和尖速比都不会趋近于无穷大。实际风电机组的风能利用系数不可能超过相同升阻比和尖速比的理想风电机组的风能利用系数。采用理想的叶片结构,当升阻比低于100时,实际风电机组的风能利用系数不可能超过0.538。
就风电机组的控制算法而言,目前尚未有集所有优点于一体的控制算法。设计高性能的风电机组控制策略需针对具体风能环境,兼顾控制成本和控制目的,最大限度地量化控制指标,实现多目标优化设计。在优化功率曲线时,应兼顾部件及机组寿命、故障几率以及机组自耗电等,例如:把低风速段不变桨且轮毂处于休眠状态的控制方式修改为小风调桨的控制策略,从原理上讲,这的确可使低风速段的叶轮Cp值增加,必然使轮毂部件的工作时间大大增加,机组自耗电增加,部件寿命缩短,故障几率增加。所以,这种修改未必可取。
因此,在选择机型时,应考虑机组的综合性能。例如:机组使用方便,远期维护和维修成本低,绝大部分故障可通过远程进行检查和诊断等;在优化功率曲线提高机组效率时,应综合考虑各种因素,避免对机组部件寿命和长期维护成本造成不良影响,获得更优的度电成本。
验证实测功率曲线、标准(理论)功率曲线和机组现场运行形成功率曲线
机组验证实测功率曲线、标准(理论)功率曲线和现场运行形成的功率曲线,虽然都是反映风速与机组发电功率的关系曲线,由于三者的形成条件和用途的不同,三者又有矛盾的一面。
验证机组性能的实测功率曲线与理论功率曲线主要是用于反映机组性能,其生成条件是尽力消除,少考虑或不考虑功率曲线的各种影响因素。
验证实测功率曲线,在国际上普遍采用IEC61400-12标准,其采样周期为10min。在实测时,对现场环境条件及测试设备有着严格的要求,而现场运行机组一般难以达到。在进行功率特性测试时,还应收集足够数量且覆盖一定风速范围和大气条件变化的数据。其费用高,时间长,会因湍流强度及其他各种影响因素造成偏差。实测功率曲线的值不是唯一的,因为,它与机组的现场运行功率曲线一样都是通过散点分布图绘制而成。机组的实测功率曲线很离散,且范围较宽,还会因测量者、测试公司的不同而不同。因此,利用实测的机组发电功率与风速计算的风能利用系数,不仅可能超过0.5,而且,超过贝兹极限也是可能的。正因如此,一般不采用实测功率曲线值作为标书上的标准功率曲线。在设计评估或设计认证时,国内大部分整机制造商所提供的担保功率曲线是通过仿真计算出来的理论功率曲线。
由于各种原因,不少业主对功率曲线有着“严格”的要求。为了达标,厂家只有采取多种修正方式。如果一个风电场(如:33台机组)同一机型的每一台机组,不需要严格的限制条件就能在每个时段、每个风速段上生成的功率曲线都符合合同约定,在合同要求之上,那么,其功率曲线可能是采取多种措施或手段进行了修正。而这种“修正”往往既不利于良好地反映机组性能,又不利于机组维修和调整。有的甚至因对功率曲线的过度调整而危及部件寿命,增加故障几率等。
如为了降低功率曲线上的满负荷风速,减小湍流强度对功率曲线的不利影响,不顾及设备安全,过度地调高机组额定功率,势必增加变频器、发电机等部件的故障几率。
要让机组运行得到的功率曲线作为判断机组性能的重要参考依据,在考察期内应注意以下几方面的问题:机组状态及运行条件正常(如:没有限功率,风速仪的传递函数准确、可靠,测量时间及其连续性符合相关标准,机组控制器、功率检测元件、风向标、风速仪、叶片零位和控制参数等正常);功率曲线的采样周期、数据采样、数据筛选、生成方式等科学、合理,并与现场机组的运行条件相适应,而不是一味地、教条地执行IEC61400-12标准;采取多种有效措施排除风况、地形等因素的干扰(如:把不同机位、不同风电场的同一厂家同种机型批量机组的功率曲线进行分析和比较);在考察期内没有修改机组的功率控制程序及功率参数等。如把实测功率曲线、标准(理论)功率曲线和机组运行生成功率曲线的形成条件和用途彼此混淆,势必造成思维混乱,失去了功率曲线所应有的作用,同时,也会因此产生不必要的纠纷和矛盾。

 
 

(来源:凑个热闹谈风电)

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