风力发电机输出功率曲线图
风电机组风速-功率特性曲线建模研究综述
风电机组风速-功率特性曲线建模研究综述杨茂;杨琼琼【摘要】风速-功率特性曲线是风力发电机组设计的基础,也是考核机组性能、评估机组发电能力的一项重要指标.介绍风速-功率特性曲线的定义、概念和基本特点,分别从参数方法、非参数方法、离散方法、随机方法4个方面详细阐述风速-功率特性曲线建模的实现方法.分析建模精度的评价方法,提出目前风速-功率特性曲线建模遇到的问题以及需要进行深入研究的发展方向.%The wind speed-power characteristic curve is the basis for the design of wind turbine,and it is also an important indicator for assessing the unit performance and generation ability.The definition,concept and basic features of wind speed-power characteristic curve are introduced,and the modeling methods for the curve are elaborated from four aspects,i.e.parametermethod,nonparametric method,discrete method,and random method.The evaluation method for modeling accuracy is analyzed and also the problems currently faced during modeling and the development directions needed to be deeply researched are proposed.【期刊名称】《电力自动化设备》【年(卷),期】2018(038)002【总页数】10页(P34-43)【关键词】风速-功率特性曲线;参数方法;非参数方法;离散方法;随机方法;建模【作者】杨茂;杨琼琼【作者单位】东北电力大学电气工程学院,吉林吉林132012;东北电力大学电气工程学院,吉林吉林132012【正文语种】中文【中图分类】TM6140 引言随着世界经济迅速发展，相应的能源需求也随之增长，传统的化石能源面临着能源枯竭的威胁。
风力发电机组功率曲线的修正
文章编号:10072290X(2003)0120017203风力发电机组功率曲线的修正蔡纯,张秋生(汕头华能南澳风力发电有限公司,广东汕头515041)摘 要:风力发电机组功率曲线是考核机组性能的一项重要指标,但在实际操作过程中,由于现场自然风风速、风向变化的不确定性,给准确测取风力发电机组功率曲线带来困难。
因此,借助空气动力学理论,提出一种简便求取风力发电机功率曲线的方法:利用机组计算机自身绘制的功率曲线,通过理论计算,对功率曲线进行风速和空气密度的修正,以提高功率曲线的精确度和可比性。
关键词:风力发电机组;性能;功率曲线;风速;空气密度中图分类号:TM614 文献标识码:BCorrection to pow er curves of wind2driven generator setsCA I Chun,Z HA N G Qiu2s he ng(Hua ne ng Na nπao Wind Power Ge neration Co.,L t d.,Sha nt ou,Gua ngdong515041,China)Abstract:The p ower curve of a wind2drive n ge nerat or set is a n imp orta nt index reflecting t he perf or ma nce of t he set.The accurate measure me nt of t he curve,however,is aff ected by t he ever2cha nging wind velocity a nd direction.Theref ore,a conve nie nt met hod is p rese nted based on aerodyna mic t heory,w hich conducts t heoretical calculation on t he comp uter plotted p ower curve of t he set a nd ma kes correction f or wind velocity a nd air de nsity,so as t o imp rove t he accuracy a nd comp arabil2 ity of t he curve.K ey w ords:wind2drive n ge nerat or set;perf or ma nce;p ower curve;wind velocity;air de nsity 当前全国风力发电事业蓬勃发展[1],众多实力雄厚的大公司正在投资或准备投资建设大型风力发电场。
风电场风速分布及风速功率曲线分析
布，并进行对比，结果表明 Weibull 分布更能准 确拟合此风电场风速分布实际情况。 本文利用国内某风电场实测风电机输出功率 与风速数据，通过对风电机输出功率与风速关系 的拟合，验证了幂函数可以近似表示风速在切入 风速到额定风速之间时风速与功率的关系。最后 利用拟合出的风速功率曲线计算实际风速对应的 功率值并与实测风速功率数据进行对比，结果表 明可以由风速功率拟合结果结合风速预测值给出 风电场未来出力情况，可以为风电场及电网调度 人员提供有效信息。
实际应用中的风轮机和发电机的输出特性不 完全等同于上述公式。这是因为风速较低时受风 轮机的设计限制，而风速较高时又受到发电机的 设计限制。大部分风力机在一段风速范围内的输 出功率是不变的。 用数学公式表示就是： 0 ≤ v ≤ vi 0 vi ≤ v ≤ vr f P (v ) P (v ) = (8) vr ≤ v ≤ vc Pr 0 v > vc 式中： P (v ) 为风力机出力；Pr 为风力机额定输出功 率； vi 为风轮机启动风速，也称切入风速； vr 为 风轮机额定功率风速，也称额定风速； vc 为风轮 机停机风速， 也称截止风速； f P (v ) 为风速在 vi 到 vr 之间时，风力机输出功率与风速关系，简称输 出特性。 有几种常用的函数可以近似表示风速在切入 风速到额定风速之间时风力机的输出特性，例如 线性函数，二次函数和三次函数。 2.2 风电机输出特性的拟合 设 实测的风力机的输出功率与风速 序列 为 (( P ( P2 , V2 )、 …、 ( Pn , Vn )) 服从幂函数： 1 ,V1 )、 (9) 其中 f P (v ) 为风速在切入风速到额度风速之 间时风力机的输出功率； v 为风速(m/s)。
1 风电场风速概率分布
利用blade风力发电机组功率曲线计算方法
利用blade风力发电机组功率曲线计算方法以及流程目录1、概述 (1)2. 特性取得定方法 (1)2.1 空气动力参数确定 (1)2.2 整机摩擦系数 (2)2.3 齿轮箱效率曲线 (2)2.4 发电机效率曲线 (3)2.5 变流器效率曲线 (3)3. 生成功率曲线 (3)3.1 仿真计算风机功率曲线 (4)3.1.1 风机叶片数据包 (4)3.1.2 风机未并网用电量 (4)3.1.3 风机工作点损耗 (4)3.1.4 确定最佳控制系数Kopt (4)3.2 计算功率曲线 (7)3.3 现场测试 (9)4. 功率曲线数据提供管理 (9)1、概述风机风功率曲线由风机的特性决定。
主要有下列特性确定：●风机叶片空气动力特性●整机机械摩擦●齿轮箱效率●发电机效率●变流器效率等在没有对风机进行风功率测试及认证的情况下，需要通过仿真的方法对风机分功率曲线进行仿真计算，得出风机的功率曲线，以便提供客户风机功率曲线。
2. 特性取得定方法通过仿真确定风机的功率特性主要采取仿真与工厂测量相结合的方法。
对于在制造工厂及现场可以测量的特性数据，可以在制造工厂或在现场实地测量来确定，2.1 空气动力参数确定空气动力参数由叶片生产厂家提供叶片空气动力参数数据包确定。
对于参数的确定要求与厂家有书面和电子文档的方法进行。
叶片生产厂家需要提供书面的空气动力参数，主要包括：●叶片数据的功率值；●对应的Cp值；●转速值；●推力系数；提供的电子数据位Bladed 仿真软件可利用的数据文件。
主要内容包括：●叶片型号●数据包主版本号●数据包分版本号●数据包生成日期●数据包制作人及审批人2.2 整机摩擦系数整机摩擦系数可以通过实际测量的方法来实现。
具体测量方法如下：当风机在现场运行时，将风机调整至调试方式。
对风机在一组风速下运行时的转速进行测量，再通过计算得出风机的整机在各风速情况下的摩擦系数曲线值。
1)确定风速小于5 m/s；2)设定风机为调试方式，即不并网运行；3)设定风机转速对于双馈风力发电机，设定风机转速为0.5ωn，测量风速，风轮转速及变桨角度的 3 min 平均值；4)分别测量0.6ωn，0.7ωn，0.8ωn，0.9ωn，1.0ωn及1.1ωn的风速，风轮转速及变桨角度值；5)通过数学模型计算风机的摩擦系数曲线；详细说明见附件二。
影响直驱风机功率曲线的因素
影响直驱风机功率曲线的因素摘要：风力发电机是将风能转换为机械能，机械能转换为电能的电力设备。
作为一种不会产生辐射或造成空气污染的绿色能源，风力发电正在世界上形成一股热潮。
但风力发电机在工作时由于受到环境或本身结构的影响，其功率会受到影响，文章就影响直驱风力发电机功率的各方面因素进行探讨。
关键词：直驱风机；功率影响因素；功率曲线一、功率曲线的介绍功率曲线指风力发电机组输出功率和风速的对应曲线，是衡量机组风能转换能力的重要指标。
风电机组所利用的风能处于自然状态，风电机组的实际运行功率曲线，即风电机组在运行过程中通过机组控制器和后台软件所形成的功率曲线。
由于受到温度、气压、叶片污染及机组自身特性等因素的影响，不同风电机组所处的自然环境不同。
因此，从风电场实际看，不同风电场风电机组形成的功率曲线不同；同一风电场不同风电机组之间的功率曲线有差别；同一台风电机组在不同时间所形成的功率曲线也不尽相同。
分析实际运行功率曲线的形成和影响因素，便于理解实际运行功率曲线与标准功率曲线之间的差异。
了解影响风电机组功率特性的因数，有利于把风电机组调整到较好的工作状态，以增加风电机组的出力。
标准功率曲线是在标准的工况下，根据风电机组设计参数计算给出的风速与有功功率的关系曲线。
标准功率曲线所对应的环境条件是：温度为15℃，1 个标准大气压（1013.3hPa），空气密度为1.225kg/m3。
风电机组的实际效率主要通过风电机组实际运行的功率曲线得到反映，实际功率曲线的好坏综合反映了风电机组的经济性。
风电场的实际工况与标准功率曲线给定的环境条件之间存在很大的差异，这就决定了实际运行功率曲线与标准给定功率曲线的区别。
目前，研究风电机组叶轮的空气动力问题有3 种方法：理论计算、风洞试验和风电场测试。
风洞试验主要用于基础研究和小型风电机组的性能测试，风电场测试主要用于大型风电机组的性能测试和应用研究。
要研究和得到较为准确的反映兆瓦级风电机组的实际功率性能曲线，需要理论计算与风电场测试相结合[1]。
影响风力发电机出力的因素
影响风力发电机出力的因素风力发电机在工作时由于受到环境或本身结构的影响，其功率会受到影响，目前大坝风场使用华锐3MW风机32台，现就一些影响风机出力的因素进行简单分析：一、功率曲线与上网发电量1、功率曲线反映了风力发电机组的功率特性，是衡量机组风能转换能力的指标之一，设备验收时功率曲线往往是被重点考核的对象。
下图为华锐3MW风机理论设计功率曲线下图为风机实际功率曲线从标准功率曲线与实际功率曲线对比可以看出，风机实际出力功率曲线与设计理论功率曲线趋近于相同（达到满发点有差异）。
但实际风场中还有个别风机存在功率曲线异常情况，如下图所示：下图为风机异常功率曲线：造成功率曲线异常有以下几点：一是华锐3MW远程监控系统数据记录错误或丢失。
二是我风场由于受到功率限制，大风期部分风机风机停运。
三是由于故障风机长时间停机，导致主控检测到的数据为零等。
2、因玉门地区发电量送出通道有限，导致我风场负荷受到严重限制，平常全厂出力为3万千瓦时左右（容量十万）,大风期我风场风机大部分不能满负荷发电。
二、风况及地理位置对风力发电机出力的影响风力发电的原动力是不可控的，它是否处于发电状态以及出力的大小都决定于风速的状况，风速的不稳定性和间歇性决定了风电机组的出力也具有波动性和间歇性的特点。
1、目前我风场年平均风速为6.3m/s(以2013年为例，90m高度),设计之初年平均风速为7.86m/s（70m高度，出自大坝风场可研性报告），风场年平均风速有所下降。
2、目前我风场所处位置西南及南面均有山，成西高东低地理位置不理想，根据风场玫瑰图可以看出我风场主导风向为东风和西风，山对风的影响比较大。
3、因风场地理位置、环境等客观因素，风切变也是影响风机出力的不可抗力的原因之一。
风切变，又称风切或风剪，是指风矢量(风向、风速)在空中水平和(或)垂直距离上的剧烈变化。
现场风速及风向的剧烈变化，造成风机出力不稳定、偏航、变桨调整时间延长等，致使风机出力受影响。
风能发电风机动力学
对称翼型的升力与失速
对称翼型的升力与阻力等气动特性与有弯度翼型类似，但对称翼型在
攻角为零时升力为零，因为此时翼型上面与下面气流速度相同。下面 是对称翼型的升力系数与阻力系数随攻角的变化曲线参考图，图中绿 色的是升力曲线、棕色的是阻力曲线。在升力型垂直轴风力机中较多 使用对称翼型。 对称翼型的压力中心在不失速时在1/4弦长位臵，不 随攻角变化而移动。
空气密度随气压和温度而变。随着高度的升高，空气密度将会下
降。
风功率密度是气流垂直通过单位截面积（风轮面积）的风能， 它是表征一个地方风能资源多少的指标。将上式除以相应的面积A，
当A＝l时，便得到风功率密度公式，也称风能密度公式，即
由于风速是一个随机性很大的量，必须通过一定时间长度的观 测来了解它的平均状况。因此，在一段时间长度内的平均风能密度， 可以将上式对时间积分后平均，即
下图是一个性能较好的低阻翼型，是带弯度翼型，在水平轴风力机中
应用较多。
带弯度的低阻翼型
带弯度翼型的升力与失速
翼型什么时候开始失速，下面是这种翼型的升力系数与阻力系数随攻角的变
化曲线参考图，图中绿色的是升力曲线、棕色的是阻力曲线。在曲线中可看 出，攻角α在11度以下时升力随α增大而增大，当攻角α大于11度时进入失 速状态，升力骤然下降，阻力大幅上升，在α等于45度时升力与阻力基本相 等。翼型开始失速的攻角α的值称为失速角。
有弯度翼型升力阻力曲线
大多数有弯度的薄翼型与该曲线所示特性相近。在曲线图中看出翼型
在攻角为0时依然有升力，这是因为即使攻角为0，翼型上方气流速度 仍比下方快，故有升力，当攻角为一负值时，升力才为0，此时的攻 角称为零升攻角或绝对零攻角。 翼型在失速前阻力是很小的，在近似计算中可忽略不计。 当攻角为0时，有弯度的翼型的压力中心在翼型的中部，随（1）前缘、后缘 （2）弦线、弦长
风机功率曲线和功率保证值计算研究
风机功率曲线和功率保证值计算研究摘要：本文介绍了一种利用风机实际运行数据，依据“IEC61400-12：功率特性测试”，计算风机功率曲线和功率保证值的方法。
本文采用了我国内蒙地区的实际风速、风况以及风机运行数据，采用bin方法对这些数据进行处理，整理出一套适合我国风电运营单位应用的风机功率曲线和功率保证值的考核方法。
关键词：风力发电机组特性；功率曲线；功率保证值；风场考核0 引言以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式——“低碳经济”，已经成为世界经济未来发展的必然选择。
发展低碳经济越来越成为世界各国的共识，倡导低碳消费也越来越成为人类社会新的生活方式。
新能源产业，作为新生的国民经济支柱产业。
尤其是在风力发电行业，近年来，我国政府颁布了一系列的优惠政策，推动风电企业发展。
目前，随着风机制造技术的进步，风力发电机的质量有了长足进步，大部分风机厂家的风机都经过国内外权威机构的认证，其样机的功率曲线和性能都经过授权机构的测量。
但是，因为进行样机测试功率曲线的气象条件、地形条件、风资源状况与各个风场风机实际运行的条件有所的不同，所以风场风机实际运行的发电量比预期的发电量低。
利用风机运行数据，准确计算各风机的功率曲线和功率保证值，建立的考核制度可以用来衡量风机性能参数是否满足风场当地外的风资源特点，为风机参数调整提供有力依据，从而最终提高风场发电量。
通过对同一风机的功率曲线和功率保证值不同时间的分析，可以衡量风机重要部件的老化程度和风场运行维护的水平。
从而为风机的研发提供建议。
另外，通过对不同机位风机和风况的长期分析，可以为风电场前期，风机微观选址和风机安装提供建议。
1 风力发电机组功率曲线计算1.1测量前的准备在进行功率曲线测量前，应保证风机主要部件工作正常，风机叶片表面清洁，无积雪、积冰现象。
1.2 数据来源与采集方法风速：以风电场中央监控系统记录的每台风机处的风速为准。
风电场的实际平均空气密度应以风电场内测风塔的气压和温度的实测值计算得出。
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1000w1000w 风力发电机输出功率曲线图风速 m/s3456789101112输出功率 P(w)2065130240390580825110013001380风速 m/s13141516171819202122输出功率 P(w)1380135013101255118510959908757355701000w 技术参数风轮直径 (m)2.8工作电压 (V)DC48V/DC120VRotor Diameter Working Voltage AC240V叶片材料增强玻璃钢蓄电池组电压(V)/容量 (Ah)12×2=48/200Materialand numberReinfotcedfibber glass×3Battery voltage/of the blade capacity (Ah)额定功率/最大功率 (w)1000/1400调速方式偏航+电磁Rated power /maximumpower Speed regulationmethodTail turning andelectric magnet额定风速 (m/s)10停车方式手动Rated rotate speed Step method Brake by handdrag额定转速 (r/min)450发电机型式三相交流永磁Ratde rotate speed Generator styleThree phase,permanentmagnet启动风速 (m/s)3AA支架高度m/质量 kg6/85Startup wind speedAA Tower height/weight (m/kg)工作风速 (m/s)2008-03-25质量(不含塔杆)(kg)85Working wind speed Sruvived windspeed安全风速 (m/s)40AAA支架高度(m)/质量 (kg)6/280Sruvived wind speed AAA Tower eight/weight (m/kg)1500w1500w 风力发电机输出功率曲线图风速 m/s3456789101112输出功率 P(w)30801703205408101150157018501990风速 m/s13141516171819202122输出功率 P(w)20101965190018201725163515401420128511451500w 技术参数风轮直径 (m)3.2工作电压 (V)DC48V/DC240VRotor Diameter Working Voltage AC240V叶片材料增强玻璃钢蓄电池组电压容量(V)/ (Ah)Materialand numberReinfotcedBattery voltage/12×2=48/200 fibber glass×3of the blade capacity (Ah)额定功率/最大功率 (w)1500/2000调速方式偏航+电磁Rated power /maximum Speed regulation Tail turning andpower额定风速 (m/s)10method停车方式electric magnet手动Rated rotate speed Step methodBrake by hand额定转速 (r/min)400发电机型式drag三相交流永磁Ratde rotate speed Generator styleThree phase,permanent启动风速 (m/s)3AA支架高度m/质magnet7/100Startup wind speed量 kgAA Tower height/weight工作风速 (m/s)2008-03-25(m/kg)质量(不含塔杆)120Working wind speed(kg) Sruvived wind安全风速 (m/s)50speedAAA支架高度7/350Sruvived wind speed (m)/质量 (kg) AAA Tower eight/weight(m/kg)5kw6250605057005315487044304000(m/s)额定风速停车方式手动5kw 风力发电机输出功率曲线图风速 m/s 3456789101112输出功率 P(w)70200450850145021303030412054006150风速 m/s 13141516171819202122输出功率 P(w)6405650064155kw 技术参数5风轮直径 (m)工作电压 (V)DC120V/DC240VRotor Diameter 叶片材料增强玻璃钢Working Voltage 蓄电池组电压 AC240120V/200Ah Materialand numberReinfotced (V)/容量 (Ah)Battery voltage/240V/100Ahfibber glass×3of the blade 5000/6500capacity (Ah)额定功率/最大功率 (w)Rated power /maximum调速方式Speed regulation偏航+电磁Tail turning and powermethodelectric magnetRated rotate speed11Step methodBrake by hand 300drag额定转速 (r/min) Ratde rotate speed发电机型式Generator style三相交流永磁Threephase,permanent启动风速 (m/s)3AA支架高度m/质magnet8/150Startup wind speed量 kgAA Tower height/weight工作风速 (m/s)2008-04-30(m/kg)质量(不含塔杆)350Working wind speed(kg) Sruvived wind安全风速 (m/s)50speedAAA支架高度8/450Sruvived wind speed (m)/质量 (kg) AAA Tower eight/weight(m/kg)10kwmagnet11043103759735900081957390650010kw 风力发电机输出功率曲线图风速 m/s 456789101112输出功率 P(w)300840145024903930560078751020011800风速 m/s 13141516171819202122输出功率 P(w)12050119501160010kw 技术参数7风轮直径 (m)工作电压 (V)DC120V/240V Rotor Diameter Working Voltage 蓄电池组电压 AC400V 叶片材料增强玻璃钢Reinfotced (V)/容量 (Ah)120V/300Ah Materialand numberfibber glass×3Battery voltage/240V/150Ahof the blade 10k/12k capacity (Ah)额定功率/最大功率 (w)Rated power /maximum调速方式Speed regulation偏航+电磁Tail turning and power 11method electric magnet 额定风速 (m/s)Rated rotate speed 停车方式Step method 手动+液压制动Brake by hand drag+hydraulic 220pressure 额定转速 (r/min)Ratde rotate speed发电机型式Generator style三相交流永磁Threephase,permanent3AA支架高度m/质10/800启动风速 (m/s) Startup wind speed量 kgAA Towerheight/weight2008-04-30(m/kg)质量(不含塔杆)665工作风速 (m/s)(kg)Sruvived windWorking wind speed50speedAAA支架高度10/1300安全风速 (m/s) Sruvived wind speed (m)/质量 (kg) AAA Tower eight/weight(m/kg)20kw22.622.2221.662120.1219.3518.4517.5Startup wind speedheight/weight(m/kg)20kw 风力发电机输出功率曲线图风速 m/s 45678910111213输出功率 P(kw)0.41.512.91 5.087.8812.2216.7120.7922.422.9风速 m/s 1415161718192021222324输出功率 P(kw)23.0522.9822.9120kw 技术参数风轮直径 (m)工作电压 (V)DC540V Rotor Diameter 10Working Voltage 蓄电池组电压 AC400V500/200(并网不配电池)叶片材料增强玻璃钢Reinfotced (V)/容量 (Ah)Materialand numberfibber glass×3Battery voltage/of the blade 20k/23k capacity (Ah)额定功率/最大功率 (w)调速方式偏航+电磁Rated power /maximumpower 11Speed regulationmethodTail turning and electric magnet 额定风速 (m/s)Rated rotate speed 停车方式Step method 手动+液压制动Brake by hand drag+hydraulic 180pressure 额定转速 (r/min)发电机型式三相交流永磁ThreeRatde rotate speed 3Generator style phase,permanentmagnet15/1200启动风速 (m/s)AA 支架高度m/质量 kg AA Tower风速 m/s495.76.68910111232008-04-30980工作风速 (m/s)质量(不含塔杆)(kg)Working wind speed 50Sruvived windspeed 15/2800安全风速 (m/s)AAA 支架高度 (m)/质量 (kg)AAA Tower Sruvived wind speedeight/weight (m/kg)风光互补路灯300w 风力发电机输出功率曲线图Sruvived wind speed30377356329297263222Generator stylephase,permanenteight/weight 安全风速 (m/s)171输出功率 P(kw)204596140190276337387435443风速 m/s 1314.515.416171819202122输出功率 P(kw)435414393300w 技术参数风轮直径 (m)工作电压 (V)DC 24V Rotor Diameter 2.2Working Voltage AC220V12*2=24 / 200 or100叶片材质和数量玻璃钢*3蓄电池组电压 (V)/容量 (Ah)Materialand numberReinfotced Battery voltage/of the blade fibber glass×3capacity (Ah)额定功率/最大功率 (w)限速方式偏航+电磁制动Rated power /maximum300/4008Speed regulationTail turning and power 额定风速 (m/s)method 电机类型electric magnet 永磁三相交流ThreeRated rotate speed magnet额定转速 (r/min)Ratde rotate speed 48036/65启动风速 (m/s)AA 塔架高度m/重量 kg AA Tower Startup wind speed 2008-03-25height/weight(m/kg)6/225工作风速 (m/s)AAA 塔架高度 (m)/重量 (kg)AAA Tower Working wind speed (m/kg)。