张万秋，刘宝良，钟丹田，冷雪敏，谷彩连，许傲然

（沈阳工程学院，辽宁 沈阳 110136）

引言

在文件《IEC61400-12-1》及《风力发电机组功率特性测试》中对风速测量以及各类能量损失要求如下：风速仪由于会受到风机叶片转动导致的扰流因素的影响，无法准确表达只风轮实际得到的风速，需要对其进行一定校准后才可用于能量可用率计算，此类校准通过运行期测风设备测到实际数据，经过数据关系拟合后才可获得校准后的风轮前风速，实现对风电机组运行过程中各类电量损失的分解及有效管理。目前用于此类校准的风速均为数据采集与监控系统风速仪测量风速，系统中风电功率曲线也因此产生一定偏差。

1 风资源评估指标

随着风电等可再生能源的逐步发展，处于投运中的风电场也随之增加，因此投运中的风电场评估工作也得到了重点关注。投运风电场在初期设计中的风资源评估准确程度以及风能资源可发电量成为体现风电场运营效益的重要评估指标。风资源评估主要依赖于测风设备测得各类数据，若其与风机机舱前的真实风速误差不大，可及时发现功率曲线的问题从而避免设备性能受损。不仅如此，风机的真实风速也会对风机各损失电量造成一定影响。目前风资源评估中采用的三类指标如式（1）～式（3）所示。

在式（1）中，根据统计，国内风电场平均水平与西方欧美等国家的风场的平均年发电小时数国有数百小时落差，而国内风场的TBA 指标水平与欧美等地几乎一致，但是数百小时落差却无发解释清楚，因此仅考虑时间维度的衡量杜对于实际上损失风电量并无实际意义。若解决这一问题，离不开风速测量精度。即我们可以同过精准的风速得知当风能发生变化时风场损失电量的变化。而精细化测风声雷达对比与其他测风设备，其对于风速的测量更加准确。

式（2）中：理论产能，指叶轮前风速，为空气密度，为不同值下的理论功率曲线值。EBA 表示风场实际出力与理论值的比值。EBA 准确同样也依赖于准确的风速作为输入。

计算EBA 时离不开测风设备的测得的风速数据，依据由测风设备测量的风速与参考风机叶轮后风速之间的内在联系，再依据自由流风速扇区的相关性，可得到参考风机全扇区的风速，由上述模型可以求出参考风机的理论出力，从而可以得到准确的EBA结果[1]。图1 为投运中风机实际运行参数通过拟合后的功率曲线与厂商提供的理论功率曲线对比结果。

从图1 中可以，拟合后功率曲线与理论功率曲线并未完全吻合，可能导致设备性能达不到标准，导致电量损失。各风速下功率曲线吻合度如表1 所示。

表1 各风速下功率曲线吻合度

为进一步准确得出EBA 数据，需要对机组功率曲线进行优化，优化过程如下页图2 所示，但功率曲线优化离不开精细化测风数据支撑。

式3 为无故障运行时间MTBT：风电场可靠性与风电场故障率呈现反相关，当而可靠性升高时故障率降低，因此在风资源评估中MTBT 作用重要性不言而喻。但是MTBT 无法充分支撑风场精细化管理[2]。另一种则是平均机组故障时间MTOTF：MTOTF 是通过因故障停机引发设备停运的单台机组平均耗时来反映风电机组运行质量和维护队伍的响应速度、故障诊断能力、修复效率和备件保障能力。

2 声雷达与测风塔经济性对比分析

声雷达与测风塔的主要性能对比如表2 所示，声雷达与测风塔的经济效益对比如表3 所示。

表2 声雷达与测风塔主要性能对比

表2 续

表3 声雷达与测风塔的经济效益对比

从表2 对比看出，声雷达从各个方面均比测风塔更加符合精细化测风需求以及经济性。

3 声雷达与测风塔测风不确定性对比分析

测风塔由于设备本身测量采用的外推法会给测量结果带来水平和垂直两种方向的不确定性；而由于雷达的便携性可以通过直接测量降低不确定性，通过放置声雷达多点测量降低外推法产生的不确定性；每个点测量3 到6 个月，最多一年以获得最优参数。两类设备测风不确定性对比分析如下页图3 和图4 所示。

从图中可以看出声雷达具备以下优点：

1）减少AEP 不确定性（风机轮毂高度和现场区域上方风的垂直和水平外推）

2）风速和风向的精确测量。

3）可以通过移动到几个位置来减少与两者相关的不确定性水平和垂直风速外推。

4）可以实现长期观测和移动式观测。

4 结论

通过分析精细化测风对于风电资源评估以及评估指标的重要性，对比分析声雷达和测风塔两种设备在性能、经济性的差异，通过测风结果不确定性的表现得出以下结论，声雷达对比测风塔具备以下优点：减少AEP 不确定性（风机轮毂高度和现场区域上方风的垂直和水平外推）；风速和风向的精确测量；可以通过移动到几个位置来减少与两者相关的不确定性水平和垂直风速外推；可以实现长期观测和移动式观测。