罗华兵 丁祥 郭涛
广东明阳风电产业集团有限公司
摘要：针对风力发电机组实际功率曲线与标准功率曲线有偏差问题，本文先在理论上进行分析同时结合风场实际运行情况进行探讨，得出影响风力发电机组功率曲线的因素主要有：风场风力发电机组所在处的温度T及大气压强P、测量的风速及叶片受到的污染等因素，并分别对每个影响因素进行分析，最后提出提高风力发电机组功率曲线的措施，其实际效果有待在实际中验证。
关键词：风力发电机组；功率曲线；因素；方法
1 引言
风力发电机组在设计和试验过程中，机组的功率曲线是一个非常重要的指标，风力发电机组生产商在向用户提供设备时，均提交了机组的标准功率曲线，但因各地自然资源的差异，风力发电机组在实际运行过程中的实际功率曲线与标准功率曲线有一定差异。当实际功率曲线高于标准功率曲线时，风力发电机组处于过负荷状态，可能对机组造成不应有的损害，而实际功率曲线低于标准功率曲线，又使风力发电机组的发电量下降，投资者的投资不能得到及时回报。
2风力发电机组功率曲线分析
在过去的20多年中，风力发电机组的直径和额定功率快速增加，直径从1983年的15m到目前的120m，风力发电机功率从55Kw到现在的6000Kw，同时机组可利用率也达到了97%甚至更高，在很短时间内，风力发电技术得到高速发展，并且获得了大规模应用，形成了具有影响力的能源产业[1]。
1：风速仪的测量精度
大部分风速仪都经过国家气象局或者省气象局的校准，但由于使用的环境比较恶劣，尤其是在北方寒冷的冬天，容易出现机械式风速仪“冻死”等情况，为此容易出现测量的风速出现误差，而对超声波型风速仪来说，这方面影响稍少点，但影响也不能完全忽略。
2：风速的变化太快，风机来不及偏航
当风场风向变化很快时（如几秒内风向切变很大，但风速变化很小），风机偏航系统采集的信号是一段时间的风向信号，而几秒钟内风机偏航系统还来不及偏航（实际情况也不允许），从而出现对应风速下风机功率偏低情况，其原因是风机在这段时间内没有完全对好风，也就没有最大地捕获风能。
3.3叶片污染对功率曲线的影响
据国内外文献介绍，风力机叶片受污染后，叶片表面的污染物影响气流的流动性，并过早的造成涡流，一般情况下会降低和损失输出功率，风场风力机所在地区位于III-IV级污染区，风力发电机组功率曲线的下降有可能受叶片污染的影响。据有关文献介绍，叶片表面受污染后，可能影响10%的功率输出，至于这方面还需更多试验和数据收集，根据试验结果进行进一步的分析研究。
4 提高风力发电机组实际运行功率曲线的方法
仅根据风能公式 分析，空气密度 、风速 、风轮的受力面积 及叶片污染这四个因素影响风力机的功率输出，空气密度、风速为自然条件，无法改变，只能通过修正来使实际的曲线更接近标准功率曲线。正常运行的风力机叶轮的受风面积也为固定数值，可改变的只有叶片的安装角度和叶轮表面的清洁度。
叶片长时间在空气中旋转，空气中的污染物会吸附在叶片表面，形成一层薄的附着层，造成叶片表面的粗糙度增大，翼型表面粗糙度，特别是前缘向后到20—30%弦长处的上下表面对翼型气动特性影响尤为明显。污染层的形成大约需要6个月的时间，从大多风力机运行多年的运行数据分析，污染层对风力机输出功率的影响，当达到一定程度后，不再继续变化，保持一个固定值，这与污染层的形成规律有关。
从空气动力学气动理论上分析[3]，叶片安装角的增大可以提高风力机在高风速段的功率输出，但会增大叶轮的气动载荷，同时还可能对低风速段气动性能产生影响，造成功率下降，但根据国内风场的实际试验表明，增大叶片安装角度后，风力机高速段输出功率增加较大，低风速段输出功率也略有增长，与理论分析有一定的偏差。鉴于理论分析与其他风场运行的实际试验结果，可以通过调节叶片安装角度来提高风力机的功率曲线，叶片安装角的调节应按照空气密度最大的情况进行校核，防止超出设计功率值，造成风力机部件损坏，同时根据风速的频率分布对年发电量进行计算，取最佳值。
5 结论
根据对风力机实际运行数据的计算分析，提高风力机实际输出功率，减小与标准功率曲线的偏差，可以通过调节叶片安装角，修正空气密度、提高风速测量精度等措施实现。从工作的费效比考虑，优先推荐调节叶片安装角度，修正空气密度的方法。
由于受时间和试验条件的限制，分析结果还需通过试验进一步的验证。
参考文献：
[1] EWEA. Wind Energy—The Facts[R].[S.l.]：The European Wind Energy Assocation，2001
[2] 廖明夫，R.Gasch J.Twele.风力发电机技术[M] 西安：西北工业大学出版社，2009
[3] 贺德馨等.风工程与工业空气动力学[M].北京：国防工业出版社，2006
论文作者:罗华兵,丁祥,郭涛
论文发表刊物:《基层建设》2015年23期供稿
论文发表时间:2016/3/29
标签：功率论文; 曲线论文; 叶片论文; 风速论文; 风力论文; 风力发电机组论文; 标准论文; 《基层建设》2015年23期供稿论文;