風電場發(fā)電性能評價與風電機組數(shù)據(jù)分析方法研究

華電電力科學研究院 時小廣

摘要：風電場的發(fā)電能力評價工作在日常運維過程中起著重要作用，準確高效的評價有利于風電場開展維護工作，安排針對性的檢修與技改。本文利用風電場內(nèi)已有的遙測、遙信數(shù)據(jù)，對風電場的整體發(fā)電水平與風電機組的運行進行進行了評價分析，提出了需要重點關(guān)注的機組與相關(guān)的優(yōu)化策略。

關(guān)鍵詞：風力發(fā)電;性能評價;數(shù)據(jù)分析

0引言

中國發(fā)電行業(yè)乃至整個能源行業(yè)都處在關(guān)鍵的轉(zhuǎn)型階段。能源形式上，從傳統(tǒng)的化石能源正逐漸向風能、太陽能、核能等能源形式轉(zhuǎn)型。運維模式上，從傳統(tǒng)的人力驅(qū)動、定期檢修正逐漸向數(shù)據(jù)驅(qū)動、狀態(tài)檢修的模式轉(zhuǎn)型。

風力發(fā)電作為重要的清潔能源發(fā)電形式，具有經(jīng)濟環(huán)保，可持續(xù)性強等優(yōu)勢，近年來在世界各地得到迅速的發(fā)展‘糾。2016年底，我國風電累計并網(wǎng)裝機容量已經(jīng)達到1.49億千瓦，穩(wěn)居世界第一，并保持著良好的增長態(tài)勢。經(jīng)過一定時間的探索與發(fā)展，風力發(fā)電已經(jīng)進入到一個技術(shù)相對成熟，模式較為清晰的發(fā)展階段。

大型風力發(fā)電企業(yè)管理的機組類型多、投運時間跨度大，機組采用的技術(shù)水平不一致，加大了實際檢修工作韻難度，主要體現(xiàn)在以下兩個方面：(1)風電場及風電機組在地理上較為分散，在檢修人員安排上存在困難。(2)大多數(shù)機組的報警原理未知，檢修人員只能根據(jù)機組廠家的報警及相關(guān)提示安排檢修，較為被動。

為解決以上兩個問題，提高運維檢修水平，對風電場的發(fā)電性能評價顯得至關(guān)重要，本文對該問題進行了相關(guān)研究，以甘肅某風場為例，進行了實際分析并提出了相應的整改與優(yōu)化意見。

1數(shù)據(jù)源與分析流程

本文的實驗風場屬于戈壁風場，位于甘肅省，熟分兩區(qū)：A區(qū)為100臺2.OMW的直驅(qū)型機組，B區(qū)為1∞臺2.OMW的雙饋型機組，共40WKW裝機容量。評估時針對A區(qū)100臺機組，采集15年10月份與”月份每5分鐘的SCADA數(shù)據(jù)平均值進行分析。

從3號風t的SCADA溫度數(shù)據(jù)來看，10月與11月并未出現(xiàn)極寒羆氣，旦甘肅地區(qū)空氣干燥，出現(xiàn)太規(guī)模冰漆的可熊性轅低。風場所處的甘肅河西地醫(yī)限嘲情況嚴重，藩舍導致發(fā)電量在性能評估時的代表性有所減弱。

對風場的性能分析主要分為兩部分：發(fā)電性能和故障。發(fā)電性能包括發(fā)電量、平均風速、功率曲線、Cp曲線等分析。故障包括可利用率，平均故障出現(xiàn)時間，故障平均恢復時間，故障總時間等分析。2A、B區(qū)發(fā)電量比較A區(qū)機組在14年11月30日全部并網(wǎng)，B區(qū)機組

在15年3月18日全部并網(wǎng)。采用風場15年4月份的報表數(shù)據(jù)，說明整體的發(fā)電情況。

從整體情況來看，A區(qū)B區(qū)的平均風速相差0.16m/s.A區(qū)航天萬源機組的發(fā)電量略好于B區(qū)明陽的機組。

3機組出力性能分析

性能分析是基于SCADA導出數(shù)據(jù)，由于主控程序問題，性能分析時所用的5分鐘詔錄無法導出99號機組，故障分析所用的機組狀態(tài)值無法導出59，64，99，100號機組。

3.1全場出力性能分析

河西地區(qū)限電嚴重，風場為了發(fā)電量考慮，沒有設(shè)立標桿機組，全場統(tǒng)一受有功控制系統(tǒng)的控制。需要先從風機數(shù)據(jù)散點圖判斷整體情況，下圖為1#風機未做處理的數(shù)據(jù)散點圖：

從散點圖可以看出：

1)高風速的時候，有大量低功率的點;

2)有許多大風停機與低風速順槳的情況，且順槳存在固定規(guī)律。

判斷這些情況是由限電造成，這也符合甘肅整體的實際情況。在進行機組發(fā)電性能評價時，需要剔除電網(wǎng)側(cè)的影響因素對風機進行客觀評價。使用以下判據(jù)的處理方式進行數(shù)據(jù)篩選，得到機組未達到限電峰值功率即其發(fā)電未受限電影響情況下的并網(wǎng)發(fā)電數(shù)據(jù)：

(1)發(fā)電機功率大=FlkW;( 2)槳距角小于200;(3)“非”(風速小于11且槳距角大于10);(4)“非”(功率小于1900kW且槳距角大于30)。

通過數(shù)據(jù)處理，100臺風機的功率曲線與Cp曲線如下圖3、4所示。 可以看出：

1)風機在低風速段的功率曲線略優(yōu)于保證功率EHj線，在過渡段曲線低于保證曲線。當保證功率曲線是靜態(tài)功率曲線時，由于湍流的原因，會造成一定的功率折減。實際功率曲線在過波段對保證功率曲線的逼近程度體現(xiàn)了風機設(shè)計與控制策略的水平

2) 33號，47號，48號等風機功率曲線較好，50，67，84等功率曲線較差。

3) -些風機的大風可利用數(shù)據(jù)較少，比如：75，76號8m/s以上數(shù)據(jù)較少，雖然在該階段功率曲線雖然較差，但代表性比較低。

4)3號，23號，58號，100號機組功率曲線明顯較差，在2.1.2.3節(jié)中會分析具體原因。

考慮各個因素，排除3)與4)中所述的代表性較差與問題機組，機組在出力性能方面表現(xiàn)符合其保證功率曲線，出力性能比較良好。

3.2偏航性能分析

從功率曲線較好且可用數(shù)據(jù)點比較多的47號風機的錯風角度來看，7m/s以上的風速區(qū)間錯風角分布在±100之間，7m/s以下的風速區(qū)間在±20。之間。同時，各個區(qū)間錯風角的平均值并不為0且整體的錯風角也不為0，說明偏航性能有待改善。

3.3問題機組分析

在總體的功率曲線與Cp曲線中，有一些明顯較低的機組，需要通過散點圖具體分析其原因。

由47號機組的運行情況可以看出，風速在llm/s左右到達額定轉(zhuǎn)速，額定轉(zhuǎn)速在16rpm—17rpm。轉(zhuǎn)速在15rpm以下時，與功搴呈大致線性的關(guān)系，15rpm之后功率迅速上升。

3號機組額定轉(zhuǎn)速在11rpm—12rpm之間，在轉(zhuǎn)速大子lOrpm之后功率就開始呈現(xiàn)非線性上升。

23號風機10月與11月的運行情況呈現(xiàn)兩種形態(tài)。其中紅色線所代表的情況與標準運行情況相同。單獨分析11月數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)呈觀與3號風機類似的形態(tài)。同樣情況的還有58號與100號風機。

這并不是限電造成，如果排除是主控的控制策略引起，造成該隋況的原因會有以下兩點：

1)硬件的隱性故障

2)會流器或者發(fā)電機的自身限負荷問題。

其中，硬的隱性故障的可能性較小，會流器或者發(fā)電機的自身限負荷問題可能性較大，而會流器與發(fā)電機的故障率較高，在以后章節(jié)中會有詳細分析。

4故障統(tǒng)計

統(tǒng)計時間內(nèi)，A區(qū)評估機組報出次數(shù)最多的25個故障如表2。

從統(tǒng)計結(jié)果看出，機組變流器故障頻率較高，與上文的分析結(jié)果相符。

5結(jié)論

本文對實驗風場進行詳細的發(fā)電性能評價，并利用數(shù)據(jù)分析的方法對場內(nèi)機組進行了詳細分析，發(fā)現(xiàn)機組在交流器、功率控制方面存在的不足。該方法實用性強，具有較大的推廣價值。

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