影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)出力的因素

1、影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)生力的因素風(fēng)力發(fā)電機(jī)在工作時(shí)由于受到環(huán)境或本身結(jié)構(gòu)的影響，其功率會(huì)受到影響，目前大壩風(fēng)場(chǎng)使用華銳3MWI機(jī)32臺(tái)，現(xiàn)就一些影響風(fēng)機(jī)出力的因素進(jìn)行簡(jiǎn)單分析：一、功率曲線與上網(wǎng)發(fā)電量1、功率曲線反映了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率特性，是衡量機(jī)組風(fēng)能轉(zhuǎn)換能力的指標(biāo)之一，設(shè)備驗(yàn)收時(shí)功率曲線往往是被重點(diǎn)考核的對(duì)象。下圖為風(fēng)機(jī)實(shí)際功率曲線從標(biāo)準(zhǔn)功率曲線與實(shí)際功率曲線對(duì)比可以看出，風(fēng)機(jī)實(shí)際出力功率曲線與設(shè)計(jì)理論功率曲線趨近于相同（達(dá)到滿發(fā)點(diǎn)有差異）。但實(shí)際風(fēng)場(chǎng)中還有個(gè)別風(fēng)機(jī)存在功率曲線異常情況，如下圖所示：下圖為風(fēng)機(jī)異常功率曲線:造成功率曲線異常有以下幾點(diǎn)：一是華銳3MW遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄錯(cuò)誤或丟失。

2、二是我風(fēng)場(chǎng)由于受到功率限制，大風(fēng)期部分風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)停運(yùn)。三是由于故障風(fēng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)，導(dǎo)致主控檢測(cè)到的數(shù)據(jù)為零等。2、因玉門地區(qū)發(fā)電量送出通道有限，導(dǎo)致我風(fēng)場(chǎng)負(fù)荷受到嚴(yán)重限制，平常全廠出力為3萬千瓦時(shí)左右（容量十萬），大風(fēng)期我風(fēng)場(chǎng)風(fēng)機(jī)大部分不能滿負(fù)荷發(fā)電。二、風(fēng)況及地理位置對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)出力的影響風(fēng)力發(fā)電的原動(dòng)力是不可控的，它是否處于發(fā)電狀態(tài)以及出力的大小都決定于風(fēng)速的狀況，風(fēng)速的不穩(wěn)定性和間歇性決定了風(fēng)電機(jī)組的出力也具有波動(dòng)性和間歇性的特點(diǎn)。1、目前我風(fēng)場(chǎng)年平均風(fēng)速為6.3m/s（以2013年為例，90m高度）,設(shè)計(jì)之初年平均風(fēng)速為7.86m/s（70m高度，出自大壩風(fēng)場(chǎng)可研性報(bào)告），風(fēng)場(chǎng)年平均風(fēng)速

3、有所下降。2、目前我風(fēng)場(chǎng)所處位置西南及南面均有山，成西高東低地理位置不理想，根據(jù)風(fēng)場(chǎng)玫瑰圖可以看出我風(fēng)場(chǎng)主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|風(fēng)和西風(fēng)，山對(duì)風(fēng)的影響比較大。玉門居馬大壩南風(fēng)電城中爆1高度風(fēng)向球魂圖玉門昌馬大壩南風(fēng)電場(chǎng)90nl高度風(fēng)陛歧魂圖3、因風(fēng)場(chǎng)地理位置、環(huán)境等客觀因素，風(fēng)切變也是影響風(fēng)機(jī)出力的不可抗力的原因之一。風(fēng)切變，又稱風(fēng)切或風(fēng)剪，是指風(fēng)矢量（風(fēng)向、風(fēng)速）在空中水平和（或）垂直距離上的劇烈變化?，F(xiàn)場(chǎng)風(fēng)速及風(fēng)向的劇烈變化，造成風(fēng)機(jī)出力不穩(wěn)定、偏航、變槳調(diào)整時(shí)間延長(zhǎng)等，致使風(fēng)機(jī)出力受影響。三、風(fēng)機(jī)自身特性和缺陷1、葉片基準(zhǔn)位置大壩風(fēng)電廠32臺(tái)風(fēng)機(jī)自安裝調(diào)試、投入運(yùn)行，到現(xiàn)在已經(jīng)運(yùn)行一年有余。在此期間

4、風(fēng)機(jī)未進(jìn)行風(fēng)機(jī)維護(hù)，尤其未進(jìn)行葉片基準(zhǔn)位置校準(zhǔn)，風(fēng)機(jī)主控檢測(cè)位置與葉片實(shí)際位置有偏差，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)出力受影響。2、風(fēng)機(jī)主控程序升級(jí)及參數(shù)設(shè)置大壩風(fēng)機(jī)自投入運(yùn)行以來已經(jīng)進(jìn)行多次風(fēng)機(jī)主控升級(jí)改造，在此過程中風(fēng)機(jī)并網(wǎng)條件受到影響。以3m4nM速為例，在此風(fēng)速段我廠大部分風(fēng)機(jī)均處于加速不并網(wǎng)狀態(tài)如圖所示風(fēng)速為3.85m/s,過濾風(fēng)速為3.85m/s,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到928RPM風(fēng)機(jī)任然加速不并網(wǎng)。年平均風(fēng)速在3m4m間所占比例為18.2%,此項(xiàng)累計(jì)損失發(fā)電量無法估算。3、風(fēng)機(jī)啟機(jī)參數(shù)設(shè)置風(fēng)機(jī)在較低溫度下啟機(jī)，風(fēng)機(jī)調(diào)整時(shí)間較長(zhǎng)，主要為風(fēng)機(jī)部件加熱（齒輪箱加熱）4、風(fēng)機(jī)風(fēng)向標(biāo)安裝目前我風(fēng)場(chǎng)風(fēng)機(jī)風(fēng)速儀30臺(tái)為FT

5、、2臺(tái)tines,三、故障風(fēng)機(jī)損失發(fā)電量1、大部件損壞風(fēng)機(jī)大部件損壞后更換時(shí)間長(zhǎng)，以下為我廠風(fēng)機(jī)自投運(yùn)以來大部件損壞更換情況:居一大財(cái)、帆好大力市蟠據(jù)冊(cè)第畸沖的目加包:MEI原輛同票枳聯(lián)而HIII懈腥而渤嗨璇21312一二途LL月1汨1；：止1SEB.S蚯。主庖機(jī)：固軾定鍍組刖附g用L出13MO4雙。軌月理西加1,9蝙底額；莪畸M言濟(jì)日后不有：血帆6加3年）陰響2£d310,21015;SB30T.1發(fā)甑子械般的2ES.S2sa.t1301-#06an陶陰1洋曰so初歸網(wǎng)自二:廣3書底t支電機(jī)：太幽叼王眄京現(xiàn)產(chǎn)麻發(fā)制也通125,21笈JL如她*1仁1申歸比澗111崢明3舊:加的硒摟惻

6、）發(fā)電俯心繼蝸穿616J33112、風(fēng)機(jī)疑難故障處理時(shí)間較長(zhǎng)風(fēng)機(jī)遇到疑難故障后，處理時(shí)間過長(zhǎng)（大于48h）,自2013年風(fēng)機(jī)投運(yùn)至今全場(chǎng)風(fēng)機(jī)累計(jì)停機(jī)11208.9h（除大件更換）。一是因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)人員處理故障經(jīng)驗(yàn)不足；二是因?yàn)榈却L(fēng)機(jī)備件時(shí)間較長(zhǎng)。變頻器、發(fā)電機(jī)、參數(shù)設(shè)置、槳葉角度、風(fēng)速風(fēng)向標(biāo)的安裝、葉輪對(duì)風(fēng)速度、葉片基準(zhǔn)位置、風(fēng)速儀安裝偏差、風(fēng)沈、地形摘要：風(fēng)力發(fā)電機(jī)作為一種綠色能源有著改善能源結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等方面的優(yōu)勢(shì)，也是未來能源電力發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。但風(fēng)力發(fā)電機(jī)在工作時(shí)由于受到環(huán)境或本身結(jié)構(gòu)的影響，其功率會(huì)受到影響。文章就影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率的各方面因素進(jìn)行探討。關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī)；功率影響

7、因素；功率曲線；發(fā)電量一、功率曲線與發(fā)電量功率曲線反映了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率特性，是衡量機(jī)組風(fēng)能轉(zhuǎn)換能力的指標(biāo)之一，設(shè)備驗(yàn)收時(shí)功率曲線往往是被重點(diǎn)考核的對(duì)象。其實(shí)，評(píng)價(jià)一種機(jī)型功率曲線的好壞不應(yīng)單純地只關(guān)注那些圖表中所給定的“風(fēng)速一功率”對(duì)應(yīng)值，還應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行具體分析：風(fēng)力機(jī)組的功率特性關(guān)鍵取決于葉片的氣動(dòng)特性和機(jī)組的控制策略。眾所周知，葉片的氣動(dòng)設(shè)計(jì)實(shí)際上是一個(gè)優(yōu)化的結(jié)果，受其他條件限制，無法達(dá)到所有風(fēng)速工況下效率均最好的目標(biāo)。而機(jī)組實(shí)際運(yùn)行的外部條件可能與設(shè)計(jì)存在較大差異，因此需要采取技術(shù)措施以實(shí)現(xiàn)發(fā)電量最大。一般來講，失速型機(jī)組應(yīng)根據(jù)風(fēng)頻分布調(diào)整合適的安裝角，使風(fēng)頻最高的風(fēng)速段出力最

8、好。而變槳距機(jī)組則應(yīng)根據(jù)湍流等風(fēng)速特性優(yōu)化控制策略。因此為了追求發(fā)電量?jī)?yōu)化的目標(biāo)，實(shí)際的功率曲線與理論值會(huì)存在一個(gè)合理的偏差。二、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實(shí)際功率曲線與標(biāo)準(zhǔn)功率曲線的差異根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在一段時(shí)間內(nèi)輸出功率和同一時(shí)刻的風(fēng)速之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即可得到風(fēng)電機(jī)組的實(shí)際功率曲線，比較理想的狀況是單獨(dú)設(shè)立一套獨(dú)立的測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)機(jī)組的功率數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，同時(shí)測(cè)量環(huán)境氣溫、大氣壓力和風(fēng)速等環(huán)境參數(shù)，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，繪制出風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的實(shí)際功率曲線，同時(shí)根據(jù)環(huán)境氣溫、大氣壓力對(duì)實(shí)際功率曲線進(jìn)行修正，觀察機(jī)組實(shí)際功率曲線與標(biāo)準(zhǔn)功率曲線的差異是否在正常的范圍內(nèi)。在實(shí)際工作中，由于受現(xiàn)場(chǎng)條件和機(jī)組數(shù)量較大的限制，多

9、利用機(jī)組控制系統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù)，通過中央監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行記錄，這種方式存在兩個(gè)弊端：一是多數(shù)風(fēng)力機(jī)的風(fēng)速儀位于葉輪的后部，風(fēng)速的測(cè)量準(zhǔn)確度受到影響，其次機(jī)組控制系統(tǒng)沒有環(huán)境氣溫、大氣壓力等環(huán)境參數(shù)的測(cè)量或測(cè)量值不準(zhǔn)確，需要補(bǔ)充其它輔助裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)的補(bǔ)充。因此采用這種方式分析處理得到的機(jī)組實(shí)際功率曲線應(yīng)允許有一定的誤差。本文所有數(shù)據(jù)源于一套為上海電氣的SE*1250風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間間隔為1分鐘。選定這種風(fēng)力機(jī)的數(shù)據(jù)，是因?yàn)檫@種風(fēng)力機(jī)在風(fēng)力機(jī)類型上比較普遍，同屬于三葉片、上風(fēng)向、定槳距失速調(diào)節(jié)型風(fēng)力機(jī)，額定功率相同，葉輪轉(zhuǎn)速相同，均為33rpm,葉輪直徑普遍。在圖1中，風(fēng)力機(jī)的實(shí)際功率曲線均未經(jīng)

10、過環(huán)境溫度和大氣壓力的修正，與標(biāo)準(zhǔn)功率曲線相比，除A2風(fēng)力機(jī)外，其它機(jī)組功率曲線均較低，最大偏差可達(dá)25%（A4風(fēng)力機(jī)19m/s風(fēng)速點(diǎn)）。A2風(fēng)力機(jī)功率曲線基本達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)功率曲線，且低風(fēng)速段輸出功率較高。如果考慮由于空氣密度的變化造成的影響，在標(biāo)準(zhǔn)條件下，其功率曲線高出標(biāo)準(zhǔn)功率曲線。三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率的影響因素（一）輸出功率根據(jù)風(fēng)能轉(zhuǎn)換的原理，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率輸出主要取決于風(fēng)速，但除此以外，氣壓、氣溫和氣流擾動(dòng)等因素也顯著地影響其功率輸出。因?yàn)槎嗳~片的功率曲線是在空氣的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下測(cè)出的。而槳葉的失速性能只與風(fēng)速有關(guān)，只要達(dá)到了葉片氣動(dòng)外形所決定的失速調(diào)節(jié)風(fēng)速，不論是否滿足輸出功率，槳葉的

11、失速性能都要起作用，影響功率輸出。因此，當(dāng)氣溫升高，空氣密度就會(huì)降低，相應(yīng)的功率輸出就會(huì)減少，反之，功率輸出就會(huì)增大。（二）葉尖擾流器的影響由于風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪巨大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，如果風(fēng)輪自身不具備有效的制動(dòng)能力，在高風(fēng)速下要求脫網(wǎng)停機(jī)是不可想象的。早年的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正是不能解決這一問題，使災(zāi)難性的飛車事故不斷發(fā)生。目前所有的定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組均采用了葉尖擾流器的設(shè)計(jì)。當(dāng)風(fēng)力機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，在液壓系統(tǒng)的作用下，葉尖擾流器與槳葉主體部分精密地合為一體，組成完整的槳葉，當(dāng)風(fēng)力機(jī)需要脫網(wǎng)停機(jī)時(shí)、液壓系統(tǒng)按控制指令將擾流器釋放并使之旋轉(zhuǎn)，形成阻尼板，由于葉尖部分處于距離軸最遠(yuǎn)點(diǎn)，整個(gè)葉片作為一個(gè)長(zhǎng)的杠桿，使擾流器

12、產(chǎn)生的氣動(dòng)阻力相當(dāng)高，足以使風(fēng)力機(jī)在幾乎沒有任何磨損的情況下迅速減速，這一過程即為槳葉空氣動(dòng)力剎車。葉尖擾流器是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要制動(dòng)器、每次制動(dòng)時(shí)都是它起主要作用。（三）低溫對(duì)零部件的影響客觀上因?yàn)榈蜏氐膽?yīng)用范圍畢竟有限，此類設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)遠(yuǎn)沒有常溫和高溫環(huán)境那樣受到廣泛的關(guān)注。不同種類的零部件受低溫的影響是不同的，對(duì)于金屬機(jī)件應(yīng)根據(jù)承受載荷的形式予以區(qū)別對(duì)待。例如傳動(dòng)系統(tǒng)中的齒輪箱、主軸等，承受沖擊載荷，這類零部件需重點(diǎn)防止低溫時(shí)的脆性斷裂，提高材料和機(jī)件的多次沖擊抗力。材料的化學(xué)成分、冶煉方法、晶粒尺寸、扎制方向、應(yīng)變時(shí)效以及冶金缺陷等是影響沖擊韌度和冷脆轉(zhuǎn)變溫度影響的主要因素，需要在

13、設(shè)計(jì)時(shí)認(rèn)真對(duì)待。采取適當(dāng)?shù)臒崽幚矸椒āＤ茱@著提高材料多沖抗力，避免應(yīng)力集中，表面冷作硬化和提高零件的表面加工質(zhì)量等措施均能提高多沖載荷下的破斷抗力。當(dāng)然避免在低溫情況下出現(xiàn)較大的沖擊載荷也是非常關(guān)鍵的，例如在風(fēng)速較高時(shí)機(jī)組頻繁投切啟動(dòng)，緊急制動(dòng)等工況對(duì)機(jī)組的影響是非常不利的，應(yīng)在設(shè)計(jì)上采取措施降低此類情況發(fā)生的概率。（四）風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的規(guī)模大小目前，我國(guó)正在進(jìn)行全國(guó)電網(wǎng)互聯(lián)，電網(wǎng)規(guī)模日益增大。對(duì)于接入到大電網(wǎng)的風(fēng)電場(chǎng)，其容量在電網(wǎng)總裝機(jī)容量中占的比例很小，風(fēng)電功率的注入對(duì)電網(wǎng)頻率影響甚微，不是制約風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模的主要問題。然而，風(fēng)能資源豐富的地區(qū)人口稀少，負(fù)荷量小，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對(duì)薄弱，風(fēng)電功率的注入改

14、變了電網(wǎng)的潮流分布，對(duì)局部電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)電壓產(chǎn)生較大的影響，成為制約風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模的重要問題。風(fēng)力發(fā)電的原動(dòng)力是不可控的，它是否處于發(fā)電狀態(tài)以及出力的大小都決定于風(fēng)速的狀況，風(fēng)速的不穩(wěn)定性和間歇性決定了風(fēng)電機(jī)組的出力也具有波動(dòng)性和間歇性的特點(diǎn)。在現(xiàn)有的技術(shù)水平下風(fēng)力發(fā)電還無法準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，因此風(fēng)電基本上是不可調(diào)度的。從電網(wǎng)的角度看，并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)電場(chǎng)相當(dāng)于一個(gè)具有隨機(jī)性的擾動(dòng)源，對(duì)電網(wǎng)的可靠運(yùn)行造成一定的影響。由此可見，確定一個(gè)給定電網(wǎng)最大能夠承受的風(fēng)電注入功率成為風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)階段迫切需要解決的問題。（五）槳葉的調(diào)節(jié)當(dāng)氣流流經(jīng)上下翼面形狀不同的葉片時(shí)，因突面的彎曲而使氣流加速，壓力較低；凹面較平緩面使氣流速度緩慢，壓力較高，因而產(chǎn)生升力。槳葉的失速性能是指它在最大升力系數(shù)CTMAX、附近的性能。當(dāng)槳葉的安裝角B不變，隨著風(fēng)速增加攻角i增大，升力系數(shù)cT線性增大；在接近CTMAX時(shí)，增加變緩；達(dá)到后CTMAX開始減小。另一方面，阻力系數(shù)初期不斷增大；在升力開始減小時(shí)，阻力系數(shù)繼續(xù)增大，這是由于氣流在葉片上的分離隨攻角的增大而增大，分離區(qū)形成大的渦流，流動(dòng)失去翼型效應(yīng)，與未分離時(shí)相比，上下翼面壓力差減小，致使阻力激增，升力減少，造成葉片失速，從面限制了功率的增加。失速調(diào)節(jié)葉片的攻角沿軸向由根部向葉尖逐漸減少，因而根部葉面先進(jìn)入失速，隨風(fēng)速增大，失速部分向葉尖處擴(kuò)展，