摘要：文章对目前风电机组控制策略的确定方式以及风电场运行中风电机组的转矩与所在地实际空气密度的关系进行介绍，以新疆阿勒泰地区布尔津县某风电场为例，分析月实际空气密度变化与年平均空气密度的不同，以及由于数值不同而在此风电机组控制策略下导致出现的输出功率的损失情况进行分析，以供参考。
关键词：风电场；空气密度；发电量
1引言
近年来随着我国经济的快速发展，我国社会的用电负荷在不断增加，给电力企业带来较大的压力。与此同时，全球资源紧缺和环境恶化问题的不断加剧，我国也加大了对风能的开发力度。而且在目前各项科学技术不断进步的推动下，我国的风电机组设计和运行水平也在不断提高，且目前风电机组厂家中主要的设计方案就是变速恒频形式的风电机组，这主要是由于此种类型的风电机组在运行中其叶轮转速可以按照风速的变化情况进行自动调节和变化，这样就可以保证风电机组的功率输出一直处于最佳状态。但是在风电机组的实际运行中，其输出功率不仅与风速有关系，而且还会受到风电场空气密度的影响，因此就需要对风电场空气密度对风电机组发电量以及输出功率的影响进行分析。
2风电机组控制策略
目前我国的主要风电机组制造厂商在对风电机组的控制策略进行选择时，通常是按照风电场平均空气密度来进行确定的，此种控制策略比较单一，而且没有对不同空气密度对风电机组输出功率的影响进行考虑。而且由于我国地域比较辽阔，在不同的地形环境的地区空气密度也会发生较大的变化，而且同一地区的空气密度也会随着时间的变化空气密度也会有所不同，这就直接会导致风电机组的输出功率无法达到厂家设计的最佳输出功率数值。因此，在风电机组制造商对其控制策略进行确定时，应该按照使用地区全年空气密度的变化情况来对此因素对风电机组功率的影响进行分析，然后对风电机组控制策略进行调整和优化，确保风电机组运行中能够更好地进行风能的捕捉。
在风电机组中，其控制系统就是通过对控制器的设计来进行与风电机组运行相匹配的控制策略的选择和确定，确保所选择的控制策略可以保证风电机组在不同的风况之下都能获得最佳的功率输出并保证上述运行过程的稳定性。风电机组的控制系统如图2.1所示。
图2.1 风电机组的控制系统
也就是说，风电机组的控制策略就是对风电机组根据功率-转速-
转矩平面坐标关系达到稳态理想功率曲线的过程进行描述，也就是在风电机组运行范围之内，每个风速下的转矩和转子速度保持稳定的问题，如图2.2所示。风电机组在运行过程中，想要获得最大的输出功率P，就需要转矩处于最佳转矩T的状态之下，只要风电机组运行中的转矩偏离最佳转矩，就会出现无法达到最大输出功率的状况。
3空气密度与转矩的关系
空气密度与转矩的关系式为：
。从上述公式中可以看出，空气密度是与转矩成正比例关系的，也就是说在风电场的空气密度发生变化时就会导致转矩也会随之发生变化，而且在风电机组的实际运行中，空气密度是会随着时间变化而发生变化的，因此在风电场空气密度发生变化之后也会导致转矩随之发生变化，而导致转矩偏离厂家设计的最佳转矩数值。根据上述论述也会同样导致风电机组的输出功率无法满足厂家设计的风电机组控制策略中的最大输出功率值的要求，因此就会出现发电量损失的问题。
4实例分析
针对上述空气密度与转矩的关系以及风电机组控制策略的论述，本文选取比较有代表性的风电场来对风电场空气密度对风电机组发电量的影响进行研究，以此来寻找不同的控制策略以及对控制策略进行优化，满足当地空气密度下达到最佳发电量的要求。在本文的分析中主要是对风电机组制造厂家提供的当地年平均空气密度功率曲线为依据，对风电机组实际运行环境中不同空气密度下的实际输出功率进行对比，计算出每个月实际的输出功率损失数值，进而实现对全年由于空气密度的因素而导致出现的发电量损失数值的计算和统计。所采用的计算公式为：
以新疆阿勒泰地区布尔津县某风电场为例，此风电场所在地区的气象站统计的数据得出其年平均空气密度为1.167kg/m3，但是在实际情况中，每个月的空气密度都会在此数值基础上有所偏离，因此根据前文所述，风电机组的实际输出功率也应该会随之发生变化。而实际每个月的平均空气密度统计如表4.1所示。
表4.1 新疆阿勒泰地区布尔津县某风电场所在地区每月平均空气密度值
图4.1 新疆阿勒泰地区布尔津县某风电场每月空气密度的曲线图
图4.2新疆阿勒泰地区布尔津县某风电场风电机组输出功率损失值与月空气密度曲线图
图4.1为风电场每月空气密度的变化曲线，反映出此风电场所在地区每月空气密度的变化情况，从图中可以看出，此风电场所在地区的每月空气密度的变化幅度比较大，而且与全年平均空气密度的数值存在较大的差异，如果按照全年平均空气密度来进行风电机组控制策略的制定则无法保证风电机组每个月的输出功率都能保持最佳状态。这就需要在对风电机组的控制策略进行设置时需要按照每月平均空气密度逐月进行相应的风电机组控制策略的设计。
而从图4.2中可以看出，在每个月的实际空气密度偏离年平均空气密度之后，就会导致风电机组的实际输出功率偏离设计值的现象，也就是出现了比较大的损失值的情况。而且从图中还可以看出，实际每个月的平均空气密度与年平均空气密度的偏离数值越大就会导致风电机组输出功率的损失值越大。而且将实际的输出功率与厂家控制策略中设计的输出功率进行对比可知，此风电场全年由于空气密度变化而导致出现的输出功率损失大约为0.33%，也就是全年理论发电量损失大概为24.75万kW•h。
5结语
在本文中所介绍的新疆阿勒泰地区布尔津县某风电场的案例中可以看出，在风电机组实际运行中的空气密度偏离厂家进行风电机组控制策略设计时所依据的全年平均空气密度时，就会出现风电机组实际运行中无法达到厂家控制策略中的最佳设计值的问题，也就是出现了发电量的损失问题。这就需要厂家在进行风电机组策略的设计时，不仅单一的采用全年的平均空气密度作为依据，而且采用按月、季度以及半年进行多次调整的控制策略来对风电机组的运行方式进行优化，确保风电机组始终处于最佳的转矩状态来保证最大输出功率。
参考文献：
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[2] 黄佳佳, 陈凯, 娄尧林. 基于空气密度补偿的风电场最优发电控制[J]. 风能, 2016(12):76-79.
论文作者:段富贵,严得珍
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/12
标签：机组论文; 密度论文; 风电论文; 空气论文; 转矩论文; 输出功率论文; 策略论文; 《电力设备》2018年第27期论文;