1、中國風(fēng)電場生產(chǎn)運營管理（2013） 風(fēng)場運行風(fēng)力發(fā)電機機綜合功率曲線的探索分析郭希紅1張銘2（1國電山西潔能有限公司；2國電山西潔能有限公司）【摘 要】本文介紹了一種利用風(fēng)機實際運行數(shù)據(jù)，計算風(fēng)機功率曲線和功率的方法。本文采用了我國山西北部山區(qū)的實際風(fēng)速以及風(fēng)機運行數(shù)據(jù)，采用分析、對比方法對這些數(shù)據(jù)進行處理，整理出一套適合風(fēng)場應(yīng)用的風(fēng)機綜合功率曲線，通過對比驗證它比風(fēng)機廠商提供標(biāo)準(zhǔn)功率曲線更能反映出風(fēng)機的發(fā)電能力，對生產(chǎn)運營和風(fēng)力資源預(yù)測更有參考價值?！娟P(guān)鍵詞】標(biāo)準(zhǔn)功率曲線；綜合功率曲線；發(fā)電量；風(fēng)速0引言風(fēng)能是一種干凈的儲量極為豐富的可再生能源，作為風(fēng)能利用的主要形式，風(fēng)力發(fā)電是目前技術(shù)成熟

2、最具規(guī)模的可再生能源發(fā)電方式之一。由于風(fēng)力發(fā)電機組的功率曲線是衡量風(fēng)電機組經(jīng)濟技術(shù)水平的最佳標(biāo)尺。目前，大部分風(fēng)機廠家的風(fēng)機都經(jīng)過國內(nèi)外權(quán)威機構(gòu)的認(rèn)證，其樣機的功率曲線和性能都經(jīng)過授權(quán)機構(gòu)的測量。但是，因為進行樣機測試功率曲線的氣象條件、地形條件、風(fēng)資源狀況與各個風(fēng)場風(fēng)機實際運行的條件有所不同，所以風(fēng)場風(fēng)機實際運行的發(fā)電量同預(yù)期的發(fā)電量有很大差別。本文通過風(fēng)電場運行日志報表上同一型號機組每臺風(fēng)機日發(fā)電量和日平均風(fēng)速的觀察，積累歷史數(shù)據(jù)，找出風(fēng)速和發(fā)電量的對應(yīng)關(guān)系。（本文主要針對UP82 3A機組）尋找出同一類型機組日運行功率曲線后，它就可以成為一個基準(zhǔn)，來確定風(fēng)場中運行機組的健康狀態(tài)，能從中顯

3、現(xiàn)出隱含的缺陷，從而針對處理。這里說的功率曲線同風(fēng)機廠家提供的機組標(biāo)準(zhǔn)功率曲線有所區(qū)別，姑且定義它為“風(fēng)機綜合功率曲線”，更能反應(yīng)出風(fēng)機的發(fā)電能力。它采用風(fēng)機24小時內(nèi)的平均風(fēng)速，和日發(fā)電量為兩個基本參數(shù)，綜合考慮了眾多的因數(shù)，包括氣象條件、地形條件、風(fēng)資源狀況，由于它采用一天的平均值，表現(xiàn)出和標(biāo)準(zhǔn)功率曲線的不同，不存在風(fēng)機的切入風(fēng)速，即使日平均風(fēng)速低于切入風(fēng)速，也有發(fā)電量；日均風(fēng)速在額定功率風(fēng)速以上，風(fēng)機卻達(dá)不到額定功率。經(jīng)觀察，風(fēng)大的時候，一天內(nèi)風(fēng)速的變化幅度較大，由于風(fēng)速大切機的情況頻繁發(fā)生，出現(xiàn)了風(fēng)大不一定能多發(fā)電的情況。1風(fēng)力發(fā)電機組綜合功率曲線1.1數(shù)據(jù)來源與采集方法風(fēng)速：以風(fēng)電場

4、中央監(jiān)控系統(tǒng)記錄的每臺風(fēng)機處的風(fēng)速為準(zhǔn)。風(fēng)機發(fā)電量：當(dāng)日單臺風(fēng)機的發(fā)電量。我公司右玉風(fēng)場3期33臺風(fēng)機、平魯風(fēng)場1期33臺風(fēng)機、靜樂風(fēng)場1期33臺風(fēng)機，它們同為UP82 3A機組，同為在山西北部山區(qū)山頂處安裝的風(fēng)機。本文是在收集了多臺次連續(xù)時間段，跨越多個風(fēng)場，跨越多個季節(jié)風(fēng)機的發(fā)電數(shù)據(jù)，利用excel表將它們按風(fēng)速由低到高排列，風(fēng)速取有效數(shù)值小數(shù)點后一位，按4舍5入的原則計某一風(fēng)速下風(fēng)機的發(fā)電量的采樣值，如8.553、8.615、8.623等均記為8.6，對于風(fēng)速8.6m/s對應(yīng)的日發(fā)電量取其平均值。其中：n:為某一風(fēng)速范圍內(nèi)樣本個數(shù)wi:為某一風(fēng)速范圍內(nèi)某一特定風(fēng)速對應(yīng)的日發(fā)電量wv:為某

5、一風(fēng)速對應(yīng)的日發(fā)電量具體如下：w8.6=19983+20021+20555+16883+18622+18649+18180+20770+18317+1858910=19056.9（kwh）1.2風(fēng)機數(shù)據(jù)歸納整理具體計算過程中，首先排除極不合理數(shù)值，如故障停機，這一天的電量為零，但有風(fēng)速；或者是風(fēng)機有故障，被人為對風(fēng)機限制發(fā)電的等。其次風(fēng)機的發(fā)電量在一定的范圍內(nèi)是隨著風(fēng)速的增加而增加，根據(jù)風(fēng)功率公式：w=12v3A（式中w為風(fēng)功率；為空氣密度；v為風(fēng)速；A為風(fēng)速截面積）可知風(fēng)功率和風(fēng)速的三次方成正比，這只是理論公式，實際上、A均是變動的，通過這個公式很難算出風(fēng)機某一風(fēng)速下的功率。根據(jù)這一原則，由

6、低到高計算某一風(fēng)速下的發(fā)電量，但可能出現(xiàn)相鄰風(fēng)速低的發(fā)電量比風(fēng)速高的發(fā)電量高，在這種情況下，逐步刪除某一風(fēng)速下一系列發(fā)電量采樣值中最小的，直到滿足上述原則。按照這樣的方法本文得出下面一系列的數(shù)值見表1，表中每一風(fēng)速對應(yīng)的發(fā)電量都是一系列實際發(fā)電量的平均值。表1根據(jù)實際風(fēng)機日發(fā)電量歸算得出的風(fēng)機風(fēng)速電量關(guān)系表風(fēng)速日發(fā)電量風(fēng)速日發(fā)電量風(fēng)速日發(fā)電量風(fēng)速日發(fā)電量31306.46243303.875560033.11564.6524.13602.8245.16117.3332.2160.253.21952.8824.24218.9235.26299.42.3297.63.32123.754.34298.

7、1675.36921.8572.4342.63.425044.44456.55.472102.5518.253.52630.154.54473.1255.57858.1112.6470.28573.62656.8954.64615.6675.67912.6672.7767.66673.72968.8894.74636.6255.780952.8927.45453.83018.1584.852305.894872.91246.3333.93292.6824.95671.85.99367.83369815.5713685816537.3920904.336.110097.177.113818.67

8、8.1166359.121191.226.210110.147.213837.568.2178819.221393.56.3103897.313937.18.318192.259.321990.336.411210.67.414080.458.418275.149.422724.836.511309.317.515720.18.518602.569.522760.66.611577.117.615751.678.619056.99.623949.336.712465.067.715871.138.719885.69.7239546.812483.867.8159188.820111.339.8

9、239036.912512.267.916404.928.920330.759.924427.251025063.251229375.671332965.810.125220.511.12937712.13012413.13205310.225267.5711.228697.512.230434.513.233815.3310.325978.6711.32833912.32964313.331665.510.42491511.42933412.43295513.432902.7510.52917811.526634.512.530118.6713.531774.510.62597812.629

10、10913.631343.410.728463.7511.728316.512.73290613.732297.2511.82649312.832114.513.83110910.92667211.93069512.932613.513.9349061433343.33153420314.13409215.13553614.233348.6714.33356516.33577115.43437014.535089.514.63217415.635242.514.73482915.73557414.83479814.934928然后由上表求出每一整數(shù)風(fēng)速下的均值，并計算出功率值和風(fēng)機廠商提供的標(biāo)

11、準(zhǔn)功率曲線相比較見表2。表2風(fēng)機標(biāo)準(zhǔn)功率曲線和綜合功率曲線比較表風(fēng)速（m/s）日發(fā)電量(kwh)綜合功率(kw)標(biāo)準(zhǔn)功率(kw)2236.61259.858854031338.17455.7572317.443444.706143.529479.255717.881238.245176.569434.302393.0959315.8712970.64540.4432508.6816718.65696.6104756.4920619.14859.13071052.21024543.921022.6631395.41128254.911177.28815001229407.911225.32915

12、001332026.411334.43415001432864.351369.34815001534490.941437.12215001635529.171480.3821500從圖1中可以看出在風(fēng)速7米以下以下實發(fā)平均功率大于標(biāo)準(zhǔn)功率，風(fēng)速7米以上實發(fā)平均功率遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)功率，而且風(fēng)速直到16m/s也未達(dá)到額定功率，只是無限趨近與額定功率。1.3風(fēng)機標(biāo)準(zhǔn)功率曲線、綜合功率曲線、最優(yōu)功率曲線比較為了更便于說明問題，從各風(fēng)場統(tǒng)計這一型號風(fēng)機日發(fā)電量的歷史最高紀(jì)錄列出表3。表3風(fēng)機在該風(fēng)速下最優(yōu)發(fā)電量風(fēng)速電量風(fēng)速電量風(fēng)速電量風(fēng)速電量1.174343.32734685.5321051610.0422

13、58691.254593.37636505.7621256410.075268411.41193.44743806.4321405310.239278021.5131463.73744406.621488910.466291781.573853.8646126.6981529910.558300221.7164043.93350956.8611776510.748300851.7816274.04251956.9651882311.699301651.8726464.13655678.4211989611.933306951.9786744.23156298.4752012511.981315

14、762.2888624.47660358.5872055512.231332182.5278794.54563068.6352077012.286332902.53512234.75568228.8452232712.936340692.69213314.90172209.0012234913.041353912.83416394.96179419.0412326113.423356152.88122985.22983429.3732365114.254356802.92123355.29383799.5242397316.285357713.00525595.3695599.64924429

15、3.05532205.36196509.92725454由上表計算出最優(yōu)整數(shù)風(fēng)速下風(fēng)機的日發(fā)電量表4。表4 風(fēng)速（m/s）最優(yōu)日發(fā)電量(kwh)最優(yōu)功率(kw)2534.857142922.2857132452.909091102.204545224.714286217.696458027.375334.474612377.66667515.7361716694695.5833820010.5833.7708922152.16667923.00691026220.857141092.5361130053.51252.2291231788.81324.53313355031479.2921435

16、6801486.6671516357711490.458然后將三個功率曲線做一比較見表5。表5風(fēng)機標(biāo)準(zhǔn)功率曲線、綜合功率曲線、最優(yōu)功率曲線比較表風(fēng)速（m/s）標(biāo)準(zhǔn)功率(kw)實際綜合功率(kw)實際最優(yōu)功率(kw)209.85885422.28571317.455.75723102.2045479.2143.5294217.69645176.5238.245334.4746315.8393.0959515.73617508.6540.4432695.58338756.4696.6104833.770891052.2859.1307923.0069101395.41022.6631092.536

17、1115001177.2881252.2291215001225.3291324.5331315001334.4341479.2921415001369.3481486.6671515001437.1221615001480.3821490.458從圖2可以看出，即使在風(fēng)機最優(yōu)狀態(tài)下，也達(dá)不到風(fēng)機廠商提供的標(biāo)準(zhǔn)功率曲線的要求，按照標(biāo)準(zhǔn)功率曲線預(yù)測發(fā)電量存在很大誤差，在風(fēng)速低于7m/s的低風(fēng)速區(qū)域預(yù)測值偏小，在大于7m/s高風(fēng)速區(qū)域預(yù)測值偏大，只有在標(biāo)準(zhǔn)功率曲線和實際綜合功率曲線的交叉點即風(fēng)速為7m/s附近對應(yīng)發(fā)電量接近真實值。2利用風(fēng)機綜合功率曲線預(yù)測風(fēng)電場日發(fā)電量，及考評風(fēng)電場風(fēng)機的運行狀況

18、一個風(fēng)場一天的運行報表，上面有風(fēng)場每臺風(fēng)機運行1天的平均風(fēng)速和發(fā)電量，如何快速全面地看到整個風(fēng)場每臺風(fēng)機的運行狀況，并找出發(fā)電量異常的風(fēng)機，及時處理是提高整個風(fēng)場發(fā)電量的必要手段。可以利用一個程序快速地找到某一風(fēng)速對應(yīng)的發(fā)電量，按下面的邏輯圖確定。第一部將表1作為數(shù)組，一個風(fēng)速對應(yīng)一個發(fā)電量，按風(fēng)速由小到大排列輸入程序中作為數(shù)據(jù)庫調(diào)用。流程圖如下,令a1a2a3an風(fēng)速a2xa1y=b1a3xa2y=b2a4xa3y=b3是是是否否否輸入x、y發(fā)電量a1b1a2b2a3b3.an-1bn-1anbn利用Microsoft office Excel2007表格中用IF函數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)上述邏輯圖，但將

19、出現(xiàn)多級IF函數(shù)嵌套，而在Excel 2003及以前的版本中，最多允許7層IF函數(shù)嵌套。即使Excel 2007中允許使用64層IF函數(shù)嵌套。發(fā)現(xiàn)在Excel中，還有另一函數(shù)可以解決這個問題，那就是LOOKUP函數(shù)。LOOKUP函數(shù)可返回一行或一列區(qū)域中或者數(shù)組中的某個值。LOOKUP函數(shù)具有兩種語法形式：矢量和數(shù)組。矢量形式的LOOKUP在一行或一列區(qū)域（稱為矢量）中查找值，然后返回另一行或一列區(qū)域中相同位置處的值。數(shù)組形式的LOOKUP在數(shù)組的第一行或列中查找指定值，然后返回該數(shù)組的最后一行或列中相同位置處的值。這里使用矢量形式LOOKUP函數(shù)，其語法為：LOOKUP（lookup_val

20、ue、lookup_vector、result_vector）Lookup_value是LOOKUP在第一個矢量中搜索到的值Lookup_vector是一個僅包含一行或一列的區(qū)域的數(shù)值可以為文本、數(shù)字或邏輯值；Result_vector是一個僅包含一行或一列的區(qū)域其大小必須與 lookup_vector相同。具體做法如下：將表1風(fēng)速、電量值由大到小分別輸入A列、B列，風(fēng)速數(shù)值占據(jù)A2到A131單元格、電量數(shù)值占據(jù)B2到B131單元格,在表的空白處列出下表。風(fēng)機編號FJ01#FJ02#FJ03#.FJ33#實發(fā)電量（kwh）10692112508000.15551平均風(fēng)速(m/s)6.3246.

21、4695.369.7.392應(yīng)發(fā)電量（kwh）1038911210.66921.857.13937.1實發(fā)電量（kwh）、平均風(fēng)速(m/s)從風(fēng)場報表中考入，對于FJ01#風(fēng)機的應(yīng)發(fā)電量（kwh）在Excel表中處于E6單元格，平均風(fēng)速(m/s)處于E5單元格。在E6單元格中輸入“=LOOKUP(E5,$A2:$A131,$B2:$B131)”，從而找出6.46.3246.3,取值10389。參見屏幕截圖。點擊E6單元格，將鼠標(biāo)單元格右下角出現(xiàn)“+”，按下鼠標(biāo)右鍵，拉至AK6單元格松開右鍵。選擇平魯風(fēng)場2013-5-28報表，該日運行日志顯示所有風(fēng)機正常運行，全風(fēng)場平均風(fēng)速7.35m/s。從上圖可以看到實發(fā)電量和應(yīng)發(fā)電量基本吻合。選擇平魯風(fēng)場2013-4-27報表，該日運行日志顯示FJ09#風(fēng)機故