岳刚
北京天润新能投资有限公司西北分公司 新疆乌鲁木齐 830026
摘要：本文将对风力发电机功率与性能做出简单分析，并分析风力发电机功率的影响因素，目的是帮助风力发电厂有效利用风力资源，提高电力生产效率。
关键词：风力发电机；功率；影响因素
1风力发电功率与性能评定
风力发电机组是风力发电基础设施，能够实现风能向电能的转化，通常来讲，风速越大，可利用的能量就越多，但不同风力发电机受风力驱使产生的电量却大有不同，原因是风力发电机功率不同，风力发电功率很大程度上取决于风力发电机组的转化能力，因此评判风力发电机组性能即是考察风力发电机组的转化能力。
我国多数发电站设施老旧，也无法快速实现风力发电设施大规模改造，并且大功率的风力发电机组也无法在小型风力发电站中发挥较好的性能，但可以先进行小规模风力发电机组试验，根据试验结果选择与发电站规模相适应的机组进行过渡性改造。利用功率和风速的关系评价风力发电机组的风能转化能力仅仅是为风力发电厂建设改造提供数据支持，而更多应考虑如何提高风力发电机组的风力转化能力，增大风力发电机组的功率，相当于从源头上寻找提高风力发电机组性能的方法。
影响风力发电机功率的因素是多方面的，首先负责接收风能的桨叶会影响风能的输入，虽然风力资源来源广泛，越大的风速会携带越大的动能，但风向通常不固定，如果桨叶叶片设计不科学，就无法大量接收风力动能转化为叶片的机械动能，因此桨叶应具有一定的科学设计结构满足气动性需求；其次负责将桨叶转化的机械动能转化为机组内能的叶尖扰流器会影响能量转化效率，通常情况下，桨叶与叶尖扰流器之间形成阻尼漩涡，当桨叶受动能驱使旋转时，叶尖扰流器通过阻尼作用起到动力刹车效果，从而吸收桨叶动能转化为其他形式的能量，但如果叶尖扰流器阻尼效果较差，就会大大降低能量转化效率；除此之外，风力发电机组中的构成元件性能也会对电能转化效率产生影响，例如部分元件工作时容易受外界低温环境影响而导致硬化，从而无法承受较大的冲击，不仅会降低风力发电机组整体抗性，还会大大降低能量传输效率。总得来讲，风力发电机功率受诸多因素影响，容易使风力发电机组性能受到抑制，无法较大程度的利用风力资源。要想提高风力发电机组性能，就要控制好风力发电机组的功率影响因素。
2风力发电机组功率影响因素分析
虽然风速与功率关系能够反应风力发电机组的实际性能，但如果想要挖掘风力发电机组的潜能，尽可能的提高风力资源利用效率，就需要明确风力发电机组的影响因素，并对相关因素加以控制，才能进一步实现风力发电厂的大规模改造。
2.1风力资源影响
风力资源是风力发电机组进行能量转化的基础，主要参数包括风力高度、风速、风功率密度等，一般情况下，风速越高，风力能量也就越高，风力发电机组可接收的能量才会更多，因此风力资源对风力发电机组的功率影响是比较大的，应该通过试验分析比对不同高度的风速，推算出相应高度的风功率密度，才能合理安排风力发电设施的位置，有效地利用风力资源，以标准大气压为依据，下表1是对10米和50米不同高度位置处年平均风速与风功率密度的测算值，具体是以标准大气压下，风切变指数1／7为基础，按照瑞丽风频分布法测算得出相关数据，数据显示，不同高度位置风速会有所差异，并且风功率密度也会受风速影响，结合实际风力发电机组测试来看，应该在考虑建设成本的基础上尽可能抬高接收风力资源设备的高度，方便更好地接收风力资源。
表1 风力资源对发电机功率的影响
2.2桨叶影响
桨叶是风力发电机组接收风力资源的物质基础，通过科学的结构设计才能发挥桨叶的实际能量接收效果，对桨叶的设计主要参考其失速性能，即风力发电机组桨叶的最大升力系数。桨叶的最大升力系数与其叶片安装角有关，风力通过桨叶时会形成风力入侵角和风力分离角，当叶片安装角固定不变时，桨叶升力系数会随着风力入侵角的增大而呈现线性增大的趋势，在接近最大升力系数时，这种趋势开始无限变缓；而风力与桨叶叶片分离时，叶片会对风力分离产生一定的阻力，这种阻力会与风力气流形成阻尼漩涡，不断增加叶片与风力之间的阻力，从而限制风力分离，带动叶片发生失速现象，从而影响风力发电机组的功率。
2.3叶尖扰流器影响
当风力发电机叶片受风力入侵发生转动时，叶片会消耗大量的风力转化为转动动能，在此过程中叶尖扰流器能够利用桨叶的制动效果，借助压力辅助系统实现桨叶和叶尖扰流器的转化结合，帮助实现桨叶能量控制。当桨叶正常工作时，叶尖扰流器与其相互影响形成风力阻尼漩涡，借助桨叶的机械动能，叶尖扰流器起到动力刹车效果，吸收桨叶动能转化为其他形式的能量，帮助风力发电机组实现能量控制，除此之外，当风力发电机组维修或需要人工停运时，叶尖扰流器能够接收指令加强阻尼效果，迅速停止桨叶的动力旋转，起到良好的控制效果。因此无论对于正常工作还是运行控制来讲，叶尖扰流器都能影响风力发电机组实际功率。
2.4低温元件影响
风力发电机组除了桨叶和叶尖扰流器之外，还有很多关键性组成元件，部分元件性能不稳定，容易对电能转化效率产生影响，尤其是受外界低温环境影响较大的热力元件，能量转化过程中离不开热量传递，热力元件在低温环境中会发生硬化，导致其无法承受较大的机械能冲击，产生超负荷的破断性威胁，这些热力元件在经过适宜导热处理后能够显著改善该问题，因此应多注意风力发电机元件检查和防护，避免出现突发事故。
2.5实际输出功率影响
风速、桨叶、叶尖扰流器等都会对风力发电机功率造成影响，然后实际输出功率仍会与风力发电机功率有所偏差，原因是风力发电机工作环境也会对其功率造成影响，例如风力发电机组所处环境的温度、气压以及周围可能存在的机械振动等，温度和压力均会对外部接收风力资源的桨叶以及产生涡流的叶尖扰流器产生负面影响，从而造成风力发电机功率下降，而风力发电机组周围存在的机械振动会使桨叶周围通过的气流发生扰动，从而影响整体机组连锁制动效果。
3结束语
电力资源是我国社会生活和生产必不可少的能源，利用风力资源进行发电大大降低了环境污染，为我国清洁能源开发利用树立了良好的榜样，但风力发电设施尚不成熟，风力发电机功率又受诸多因素影响，难以大规模进行改造建设，尤其是我国目前缺乏相应的风电注入功率标准来规范风力发电机的生产和使用，但随着互联网科技平台的不断完善，未来将会更多的利用人工智能电气设备进行辅助发电控制，规避风力发电机的影响因素，大规模应用风力发电。
参考文献：
[1]何静.影响风力发电机功率的因素分析[J].花炮科技与市场，2018(01):53-54.
[2]吴晓东.风力发电机覆冰条件下的功率特性研究[D].重庆大学，2017.
论文作者:岳刚
论文发表刊物:《防护工程》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/31
标签：桨叶论文; 风力论文; 功率论文; 风力发电机组论文; 风速论文; 风力发电机论文; 动能论文; 《防护工程》2018年第18期论文;