2.5小結(jié)
功率曲線的測(cè)試不確定度會(huì)對(duì)功率曲線測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。
但合理的場(chǎng)址選擇、有效的設(shè)備檢定、嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試過(guò)程,可以將測(cè)試的不確定度控制在較低的水平。
3.場(chǎng)址環(huán)境條件對(duì)功率曲線的影響
影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率曲線的環(huán)境條件參數(shù)主要有空氣密度、湍流度、風(fēng)剪切、入流角以及偏航角等因素。本節(jié)將以某2MW風(fēng)電機(jī)組為例,進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算,以分析各因素對(duì)功率曲線的影響。
3.1空氣密度
空氣密度的大小,直接影響風(fēng)的能量,因此空氣密度會(huì)對(duì)功率曲線帶來(lái)巨大的影響。同一機(jī)組,空氣密度分別為1.000kg/m3、1.225kg/m3和1.400kg/m3的功率曲線如圖2所示。
可見(jiàn),不同空氣密度造成的功率曲線差異顯著,因此,在使用時(shí)通常會(huì)針對(duì)不同的空氣密度對(duì)功率曲線進(jìn)行修正,目前通常采用的修正方法基于能量守恒原理,即通過(guò)風(fēng)速三次方和密度的乘積不變來(lái)得到等效風(fēng)速,最后得到修正后的功率曲線。但經(jīng)過(guò)修正后的結(jié)果與機(jī)組真正在對(duì)應(yīng)空氣密度下運(yùn)行的結(jié)果還是存在一些差異。下面以標(biāo)準(zhǔn)空氣密度(1.225kg/m3)為基準(zhǔn),使用修正方法和通過(guò)仿真直接計(jì)算得到的功率曲線進(jìn)行對(duì)比,表2給出不同空氣密度和場(chǎng)址年平均風(fēng)速(風(fēng)速分布為標(biāo)準(zhǔn)瑞利分布,下同)下,風(fēng)速修正和直接仿真計(jì)算得到的累計(jì)發(fā)電量和差異百分比。從表2可知,發(fā)電量有1%~2%的差異,這意味著如果進(jìn)行功率曲線測(cè)試的風(fēng)電場(chǎng)與擬建目標(biāo)風(fēng)電場(chǎng)環(huán)境條件不同,即便進(jìn)行了空氣密度修正,直接采用測(cè)試功率曲線進(jìn)行發(fā)電量估算仍可能帶來(lái)1%到2%的偏差。
3.2湍流度
湍流度反應(yīng)了風(fēng)速變化的劇烈程度,也意味著風(fēng)能波動(dòng)的大小。雖然目前的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有主動(dòng)控制功能,以使機(jī)組運(yùn)行在能盡可能最大吸收風(fēng)能的狀態(tài),但是由于機(jī)組各個(gè)模塊的慣性,達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)總是需要一定的時(shí)間,因此湍流度的存在,給機(jī)組控制系統(tǒng)提出了挑戰(zhàn),這也意味著不同大小的湍流度將會(huì)影響功率曲線。本文選取IEC標(biāo)準(zhǔn)3類(lèi)湍流度等級(jí)A,B,C對(duì)應(yīng)的特征湍流強(qiáng)度0.16,0.14,0.12的環(huán)境條件為例,進(jìn)行了功率曲線計(jì)算,結(jié)果見(jiàn)圖3。從圖上可以看出,在低風(fēng)速段,湍流度高時(shí)功率反而相對(duì)較大。這是由于能量和風(fēng)速不是線性的關(guān)系,所以湍流度越大,同樣的平均風(fēng)速下風(fēng)的能量越大,這是導(dǎo)致低風(fēng)速下高湍流度功率偏大的原因。而到了相對(duì)高風(fēng)速,控制的影響開(kāi)始起了主導(dǎo)作用,此時(shí)湍流度越大,功率越小。
同樣以場(chǎng)址年平均風(fēng)速分別為6m/s、7.5m/s時(shí)的累計(jì)發(fā)電量和差異百分比進(jìn)行對(duì)比分析,見(jiàn)表3。可以看出在6m/s年平均風(fēng)速下,高湍流度的結(jié)果相對(duì)更大;而到了7.5m/s時(shí),該差異逐漸縮小。這和湍流度對(duì)高低風(fēng)速功率影響吻合。雖然湍流度的變化,會(huì)同時(shí)伴隨風(fēng)能變化和對(duì)機(jī)組控制的影響,且兩者對(duì)功率的影響恰好相反,這降低了湍流度對(duì)功率曲線的影響。但依然存在1%~2%的影響。特別的,當(dāng)機(jī)組控制能力相對(duì)較差或環(huán)境條件范圍擴(kuò)大時(shí),該差異可能會(huì)進(jìn)一步顯著。
3.3其它環(huán)境條件
對(duì)于其它環(huán)境條件,雖然通常測(cè)試時(shí)無(wú)法很好的測(cè)得,如:風(fēng)剪切、入流角和偏航誤差,但這些環(huán)境條件又會(huì)對(duì)功率曲線帶來(lái)一定影響。
風(fēng)剪切表示風(fēng)速隨高度的變化規(guī)律,不同的風(fēng)剪切會(huì)使輪轂高度處的風(fēng)速代表的整個(gè)風(fēng)輪面的風(fēng)能不同,從而影響同樣輪轂高度風(fēng)速時(shí)的功率值。
入流角和偏航誤差分別表示風(fēng)向在水平和垂直方向是否正對(duì)風(fēng)輪平面,這個(gè)角度的偏差,同樣會(huì)影響風(fēng)輪平面內(nèi)的風(fēng)能。
本文在分析中選取該三個(gè)參數(shù)常見(jiàn)的參數(shù)范圍并進(jìn)行了計(jì)算分析,參數(shù)的具體值和結(jié)果詳見(jiàn)圖4和表4:
從上表中可以看出,在最極端的情況下,風(fēng)剪切、入流角和偏航誤差都能帶來(lái)較大影響,分別可達(dá)到:接近5%、超過(guò)10%、超過(guò)5%的發(fā)電量影響。