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摘要：本文从数据层面，对我风场某台叶片加长风电机组（简称风机）发电效率进行理论分析，得出正确应用效果，为发电效率较低风机技改提高发电量提供理论依据。
关键词：风机、功率曲线、风机发电量
1、引言
本次试验机组型号为东汽1.5MW，2009年生产，至今已运行8年有余，随着周边建筑增多，风能受其影响较大，加上运行多年风机设备老化，发电效率已不复当年。为了提高风机发电效率，计划从硬件上对其进行改造，综合考虑采用了叶片加长方案。
2、基本原理
利用风机叶尖部分进行增长提高风机的功率和年发电量，其主要原因可以分为宏观及微观两个层面。
宏观分析：从公式P=CP•1/2ρV3A上看，在空气密度ρ一定的情况下，影响功率的主要参数的扫风面积A及功率系数Cp。增长叶片相当于增大风轮受风面积，而叶片整体外形并没有改变，功率系数Cp不会明显降低，风速相同的情况下发电功率肯定会上升。
微观分析：假设将叶片分为若干微元段（图表1），每段为一叶素，叶尖加长部分对轮毂中心扭矩变大，整体功率相应变大。
图表1叶素速度三角受力分析
3、数据分析
本次对于叶片加长效果验证及评价主要通过数据对比来实现，录取数据时间为技改后6个月及历史数据相同周期时间，通过两种分析模型进行分析：
Ⅰ:技改后机组年发电量估算与周边风机年发电量估算之间对比；
Ⅱ:技改后机组年发电量估算与自身历史同时期发电量估算结果对比。
4、数据剔除
为了保证数据有效、精确，从采集大量数据中剔除了部分存在误差或异常数据。
A、风机处于停机状态数据（根据风功率数据得知）；
B、风机处于限功率运行状态的数据用于分析及处理；
C、风机处于故障状态的数据；
D、其他异常的数据。
5、理论依据
假设技改机组为A号风机，周边相邻机组为B号及C号风机。
5.1风机发电量计算依据
风机发电量AEP：利用测量得到功率曲线对于不同参考风速频率所计算出的估值，而参考风速频率可利用瑞利分布函数 得出。
式中：AEPS=风机发电量
=1年内的小时数≈8760
N=区间个数
=第i个区间的平均风速
=第i个区间平均功率值
式中： =风速的瑞利分布函数
=风力轮毂高度中心处年平均风速值
V=风速
风机发电量计算分为两个方面，一方面为风机发电量测量，一方面为风机发电量外推。如果采集到的数据中无切出风速值时，只能采用外推法获得从所得最大风速值外推到切出风速的功率曲线，风机发电量测量由功率曲线获得。
计算技改机组周边共8台风机风速数据得出风频分布图如下（见图表2）：
图表2风频分布图
5.2技改机组与周边相邻机组功率曲线对比（图表3）
图表3技改机组与周边相邻风机功率曲线对比
5.3技改机组前后实际与理论功率曲线对比（图表4）
图表4技改机组前后实际、理论功率曲线对比
6、技改前后机组年发电量估值对比
根据SCADA历史数据，应用理论公式模型对技改机组进行发电量计算，设=5.5-9m/s，风速区间间隔0.5m/s，并按照70%发电量折减形成A号风机技改后年发电量和历史同期发电量计算结果。根据计算数据，A机组技改前后年发电量估值制成了下面的图表5。
推算年发电量=风频分布值×8760×实测功率曲线值
风频分布值为风电机组机舱风速计记录值，实测功率曲线为SCADA系统记录的机组风速值和功率值。
图表5机组技改前后机组年发电量估值对比图
综合计算生成下表（图表6），我们可以看出机组技改后相较技改前发电量提高了大约8个百分点。
图表6综合对比表1
7、技改机组与相邻机组年发电量对比
根据（图3技改机组与周边相邻风机功率曲线对比）功率曲线数据，应用理论公式对年发电量进行计算，设K=2， =5.5-9m/s，风速区间间隔0.5m/s，并按照70%发电量折减形成A号风机技改后年发电量与B号风机及C号风机年发电量，制作出了图表7。
推算年发电量=风频分布值×8760×实测功率曲线值。风频分布值为风电机组机舱风速计记录值，实测功率曲线为SCADA系统记录的机组风速值和功率值。
图表7A号机组与B号、C号机组年发电量对比图
综合计算生成下表（图表8），我们可以看出技改机组相较周边机组发电量也提高了大约8个百分点。
图表8综合对比表2
8、结论
通过上述分析我风场某台叶片加长机组应用效果综合验证与评价，得出如下结论：
（1）技改后风机功率爬升阶段（5-12m/s），技改机组功率曲线明显优于历史同期机组及周边相邻风机。
（2）技改后风机发电量相较历史同期机组及周边相邻风机有了一定提升，大概提升8个百分点左右。
综上所述，各机组因地形、周边环境、空气紊流、空气密度均存在差异，风机进行叶片加长改造后一定会带来发电量提升，在运行安全有保障情况下旧式风机进行叶片加长改造，对风场整体效益提高还是会起到不错效果。
参考文献：
1、参考标准GB/T18451.1-2012《风力发电机组设计要求》
2、GB/T18451.2-2003《风力发电机组功率特性试验》
3、IEC61400-12-1：2005《Windturbines12-1：PowerperformancemeasurementsofelectricityproductionWindturbines》
4、GB/T18709-2002《风电场风能资源测量方法》
论文作者:郭徐东
论文发表刊物:《电力设备》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/13
标签：发电量论文; 风机论文; 机组论文; 技改论文; 功率论文; 风速论文; 图表论文; 《电力设备》2018年第20期论文;