风电场空气密度对风电机组发电量影响到底有多大？

　　近年来，随着风电机组设计水平的不断提高，变速恒频的风电机组已逐渐成为风电机组厂家的主流设计方案，其特点在于风电机组叶轮转速允许根据风速情况在相当宽的范围内变化，从而使得风电机组获得最佳的功率输出。然而，在风电机组的实际运行过程中，风电机组输出功率不仅与风速有关，还会受到风电场空气密度的影响。
　　目前，大多数风电机组制造商在选择风电机组的控制策略时，仅根据风电场年平均空气密度来确定单一的控制策略，很少考虑空气密度变化对风电机组输出功率产生的影响。鉴于中国复杂的地形环境，同一地区空气密度随时间推移波动较大，导致风电机组输出功率达不到厂家设计的最优输出功率值，因此风电机组制造商在设计风电机组时，应该根据风电场随全年空气密度变化的实际情况，分析不同控制策略对功率产出的影响，调整并优化风电机组控制策略，确保风电机组尽可能多地捕获风能。
　　风电机组控制策略
　　风电机组的控制系统（图1）是通过对控制器进行设计，选择与风电机组运行相匹配的控制策略，控制风电机组使其在各种风况下均能获得最佳的功率输出，同时确保控制过程的动态稳定性。 　　简言之，风电机组的控制策略描述的就是风电机组根据功率－转速－转矩平面坐标关系达到稳态理想功率曲线的过程，即在风电机组运行范围内每个风速下的转矩（或功率）和转子速度的稳态值问题，如图2所示。 　　从图2可以看出，风电机组在运行过程中，只有在最佳转矩T的状态下，才能获得最大输出功率P。无论风电机组运行转矩大于或小于最佳转矩T，都会出现实际输出功率小于最大输出功率P的状况。
　　空气密度与转矩的关系式： 　　空气密度与转矩成正比，当风电场空气密度发生变化时，转矩也会随之改变。在风电机组的实际运行过程中，风电场空气密度随时间推移发生改变，转矩受到风电场空气密度变化的影响，也随之发生改变，从而偏离厂家设计的最佳转矩，风电机组输出功率也就达不到厂家设计的风电机组控制策略中的最大输出功率值，必然会存在发电量的损失情况。
　　实例分析
　　本文根据中国的地理状况，选取南方沿海、北方内陆两个具有代表性的风电场开展研究，分析不同地域风电场中风电机组输出功率受空气密度的影响程度，为风电机组确定不同的控制策略，以达到当地空气密度下的最优发电量。
　　本文利用某风电机组厂家提供的当地年平均空气密度下的功率曲线，与风电场每月空气密度下实际输出功率作对比，分析每月功率损失值，最终得出全年因空气密度影响导致的发电量损失值。 　　1
　　广东某风电场
　　根据该风电场的气象站数据库得知，当地多年平均空气密度为1.167kg/m3，每月平均空气密度都偏离此值，因此每月都或多或少存在功率损失情况。每月平均空气密度情况见表1。