某山地风电场风能资源后评估分析

文 | 刘文斌

随着越来越多的风电机组安装在山地风电场，风能资源分布受复杂地形影响局部气候差异较大，测风塔代表区域有限，难以准确评估风能资源分布。因此，开展复杂山地风电场风能资源后评估分析，有利于确定风电场实际运行指标是否达到项目设计时确定的目标，全面、准确地了解风电场风电机组的经济性、可靠性以及不同风电机组性能之间的差异，为后续管理和机组维护提供理论参考和数据分析依据。

本文以某山地风电场项目为例，通过测风数据和机组运行评估分析，研究分析机舱风速修正系数、单台机组功率曲线、控制系统适应性、PBA及潜在发电量和发电量差异，以实现对风电场各机组运行状况的综合评估。

风电场简况

该风电场地理坐标介于东经11151.5～111 55.3，北纬26 58.8′～27 3′，海拔高度400～660m ，丘陵低山地貌，热带季风湿润气候区，机型为GW2000-115/80。

测风数据评估

一、测风塔信息统计

风电场在建设前期，共有五座测风塔。8079#测风塔位于场区西部，8271#测风塔位于场区北部，8081#测风塔位于场区南部，8270#测风塔位于场区东部，8080#测风塔位于场区中部。其中8080#测风塔测风数据错误较多，不具备分析条件，场内其他四座测风塔实际测风情况见表1。

表1 测风塔测风信息统计表

图1 8270#测风塔与NNRP同期数据月平均风速相关性示意图

二、机舱风速修正

根据国际标准IEC61400-12-2对机舱风速进行修正，因风电场条件有限，暂时采用中尺度数据结合项目建设前期测风塔数据来修正机舱风速，其中31#机组所处点位为测风塔8270#点位，将该点位处中尺度NNRP数据和8270#测风塔2013年7月1日至2014年6月30日时间段测风数据进行月相关性分析。

由图1得出，两者相关系数为0.911，相关性非常好，可以用来数据订正。根据统计，该测风时间段8270#测风塔年平均风速为5.54m/s，中尺度数据年平均风速6.83m/s，比例系数为1.232。31#机组运行期间中尺度数据年平均风速6.79 m/s，根据比例系数推算，31#机组点位处该时间段内年平均风速为5.51m/s，但31#机组机舱年平均风速为5.06m/s，故该点位处的机舱风速修正系数为1.088。场区各机位点机舱风速修正表见表2。

根据表2统计，风电场50台机组修正后年平均风速为5.56m/s。

图2 全场机组拟合功率曲线图

表2 各机位点机舱风速修正表

机组运行评估

由表2可以看出，场区单台机组基本在2000小时以上，其中三台机组（34#、35#、45#）低于 2000小时，风电场发电最高机组11#达到3333小时，发电量最低机组34#为1932小时。总体来看，场区风能资源情况差异较大，平均风速在4.92～6.36m/s之间。

一、机组性能分析

（一）全场功率曲线拟合

统计运行SCADA监控数据，对全场机组机舱风速进行修正，拟合全场机组功率曲线如图2所示。

根据图2可以看出，全场平均功率曲线在6.5m/s以下及10m/s 以上风速段，机组功率曲线优于保证功率曲线3%左右；在6.5～10m/s之间，功率曲线有3%左右的负偏差，有一定的优化空间。

（二）单台机组功率曲线分析

通过统计分析每台机组数据，得到各机组功率曲线符合度（功率曲线符合度K=统计发电量/保证发电量×100%，统计发电量=∑（风频分布值×实测功率曲线对应的功率值），保证发电量=∑（风频分布值×担保功率曲线对应的功率值），如图3所示。

由图3可以看出，风电场机组平均功率曲线符合度为97.56%，单台机组最高103.96%，个别机组功率曲线符合度较低，提升空间较大。其中最优机组3#与最差机组35#功率曲线散点图如图4所示。

根据图4可知，35#机组在整个风速段拟合曲线表现较差，尤其是过渡段散点分散较为严重。机组风速与偏航对风角度散点分布比较分散；风速与桨距角散点同样比较分散，可通过调整该机组的控制参数，优化功率曲线，提升机组发电量。通过对每台机组进行功率曲线散点分析，功率曲线符合度较差机组基本与35#机组情况相同，均可通过调整控制参数，优化功率曲线，提升机组发电量。

图3 风电场单台机组功率曲线符合度

图4 功率曲线最优机组3#和最差机组35#散点图

图5 单台机组PBA图

图6 前期设计与实际运行发电量对比图

二、控制系统适应性分析

根据机组运行数据，机组的风速与变桨角度、风速与偏航对风角度的散点较为分散，原因有：（1）机组控制延迟时间较长；（2）机舱对风风向标有一定的偏差；（3）区域风况变化太复杂，机组为保证安全，响应延缓；（4）采集数据有误。

三、发电量分析

（一）基于发电量的可利用率PBA及潜在发电量分析

单台机组潜在发电量及PBA如图5所示。全场平均PBA值为92.29%，单台机组最高为3#机组96.37%，最低为35#机组85.45%，35#机组由于功率曲线符合度和PBA较差，其发电量提升空间较大，提升的主要策略是采取定制化控制策略。

（二）前期设计与实际运行发电量差异分析

前期设计与实际运行发电量对比分析图如图6所示。

根据图6可知，理论计算发电量与实际发电量趋势基本接近，理论推算各点位风速趋势基本相同，个别点位偏差较大，该计算误差主要由地形复杂、测风塔代表性不足引起。其中，45#机组在前期计算时明显偏高，实际发电量较差，主要原因为该机组处于崖口位置，主风向南风和北风都被山体遮挡，处于背风地形，导致该机组发电不佳。

结论

本文以某复杂山地风电场为研究对象，通过测风数据和机组运行评估，研究分析了机舱风速修正系数、单台机组功率曲线、控制系统适应性、PBA及潜在发电量和发电量差异。根据统计期间运行数据，风电场统计完整年内全场机组机舱平均风速为5.11m/s，根据中尺度数据修正后为5.56m/s，年度发电小时数为2587小时；全场功率曲线符合度为97.56%，但部分机组功率曲线符合度较差，有一定的提升空间；根据机组控制性能散点图分析，个别机组风速与桨距角、风速与偏航对风角度散点比较分散，针对该情况，机组可定制化设置控制参数和优化控制策略；全场机组PBA平均为92.29%，说明机组各项实际损失较少，有利于项目的稳定发电。

摄影：何海青