风电机组性能分析及优化——赵玉中国质量认证中心硕士

　　2016年11月3日，在“2016中国风电电气装备技术高峰论坛”上，中国质量认证中心（CQC）风能事业部技术总监赵玉为与会者讲解了风电机组性能分析及优化，并介绍了型式认证解决的主要问题。

　　以下是主要的演讲内容（现场笔录）：　　

　　因为现在在2014年9月5号，国家能源局发表412号文件之后，型式认证就成了业主采购的一个基本招标条件，业主就开始说我们采购机组都有证书了，为什么机组的性能还是不好呢？现在我就解释一下这个型式认证其实它解决的不是机组的性能好坏，它解决的是机组的安全性能，保证20年的理论寿命。　　

　　所以我就首先讲一个我们先抛开机组性能分析来讲，就是建的这个机组是安全的、可靠的，这样再考虑这个是好的机组。所以就看当整机企业给我们提交1GB这么大文件之后，其实他提交的这些文件都是从设计评估，也是它的载荷和强度，也是评估它的安全，型式试验也是和安全有关，当与性能有关的其实还是作为可选项来进行的，所以业主拿到的这张型式认证书只证明它的安全性是满足了要求，其实可靠性基本上涉及的并不多。　　

　　这边放的项目认证书是机组在设计的时候是基于一系列的假定条件，假定的空气密度，假定的环境条件，在这些假定条件下设定的2MW机组，但是实际差距比较大，所以还需要对场地做评估。这样还是为了满足机位点的安全性能，截止到目前为止，我们对这个性能其实在这张型式认证书上是不太能体现到的，但是随着业主越来越了解，想买一个好的机组，就开始来讨论我们今天的主题就是性能指标，就是我们现在做的安全性合格评定那张型式认证书，仅仅解决了机组安全可靠运行20年，与机组性能的指标还是有区别的，这样我们就可以分析到底哪些指标可以体现机组性能。　　

　　首先是机组的设计水平，有的机组从设计来说，理论的发电量在那儿摆着，有机组设计离理论偏差很远，这样的机组肯定性能不会很好。机组的制造能力，有的机组制造能力确实不是特别好，这样即使他设计了一些特别好的机组，它运行的风场与机组的设计也达不到，包括配套的零部件，包括机组环境条件对于机组的影响，如果我们拿一些常温机组用在低温环境下，它的性能必然大大打折扣，包括运维能力，这些都直接关系到机组整体发电量，整体功率曲线，整体可利用率，先把影响机组性能这些方面甄别出来，再想如何来给它定指标体系。　　

　　这是我们为什么现在提这个事情，是因为型式认证的基本能力已经达到，从十几年前大家不会计算载荷和强度，到现在基本上整机厂都开始有创新了，这个目的就是业主希望买到好的机组，我们再找到相关的机组性能评价指标，在得到这些指标之后它只是其中一个条件，其中我们就对这些指标给出评价的方法，然后在找到这些指标的时候还遇到一些问题，遇到这些问题如何解决，所以给了我们一个分析的案例。

　　

　　当我国风力发电产业飞速发展，现在装机容量是全球第一，每年装机容量也是稳步上升，我们的机型特别众多，这一点与国外不同，国外的机组比较单一，我们各式各样的机组是特别多。不同的风电场的性能水平不一样，有的风电场五年就收回成本了，有的风电场十年也没有达到一半的预期，当机组发电量没达到预期的时候，业主和整机厂都会关心这个问题，到底是机组本身性能不太好，还是当时测的不准确，还是环境过于复杂影响的。所以这样我们真实的甄别风电机组在运行中它的实际的性能，这样来解决双方的争议，或者说来进行优化，或者更好的找到设计方案等等。　　

　　所以在目前我现在研究的一个假定条件，我们现在不分析没有建的风场，就分析现在已经建好的风场，而且希望操作比较方便，然后分析的机组是基于水平轴的变速变桨，这些机组也可以采取本篇文章的方法。假定风电机组的传感器，风速仪、风向标，这些采集的数据都真实有效，我们真实的感受到环境条件，然后风速分布假定为威布尔分布，其累计概率函数见示。　　

　　这样就直接到了主题上，我们就想知道这个机组的发电量，发电量就是算他年发电量，然后这是小时就是365天24小时，不同的区间，每个区间的平均风速，风况是最主要的原因，然后这些因素都影响了发电量。　　

　　找到这个原因之后就考虑影响业主收益，首先就是当年的风化条件可能不好，就测风这一步没有达到基本要求，还有机组本身的功率曲线设置的就有问题，还有机组可利用率可能也没有足够高，但这些直接就关系到风电厂的收益，直接就影响整个风电场的发电情况，整个风电场的收益情况。当我们把所有的直接影响，还有十几个与发电量相关的指标，就直接用年发电量等于机组的功率曲线，风速分布×实际可利用率，减去其他的损失，这是我们拿实际的进行分析。　　

　　评价指标也就出来了，看到我们如何计算年发电量，年发电量每一个指标体系都是我们用来评价风电机组性能的指标，刚才说的一个风况条件，时间可利用率，能量可利用率，还有度电成本等等影响机组的性能，当我们把机组指标诊断出来之后，就考虑如何评价这些指标，包括刚才说的功率、风况，评价一般是两种情况，一种就是在平坦地形环境比较好，这个风况条件很容易得到，就用61400-12-2来利用机舱找到传函，每个风速基本都确定了，这样就把风速条件得出来了，而且是一个比较实际的条件。还有一种是复杂地形，复杂地形可能传函无法找到，这样的话我们后面讲的一种方法就是在复杂地形下如何来求它的风况条件。　　

　　功率曲线其实跟风资源是相关的，也有两种情况，一种就是平坦地形，平坦地形相对来说好确定每台机组功率曲线，找一台机组测一下风电机组，再推导到整个风场，这样也得到了一个实际的功率曲线。　　

　　还有可利用率，其实它国标没有相关的依据，评价依据是61400-26-1或61400-26-2计算时间可利用率TBA或能量可利用率EBA。在分析中发现一个问题，直接影响了可利用率指标，就是现在基本上SCADA把所有的故障维护全属于正常维护，所以无形当中SCADA的可利用率高于实际可利用率，我们根据机组故障记录，根据运行记录，再根据我们的经验，把明显属于故障维护的值替掉，并成机组维护，如果其它的不太容易甄别的也把它算为正常维护，这样我们就给出一个可利用率的范围，一个最高最低值，作为正确的可利用率应该在这个范围之间。　　

　　可利用率还遇到一个问题，就类似于我不太确定的一些原因造成的发电量损失，这个情况下我们用标杆的方法，这也是各方面普遍采用的方法，我把风况相近的机组发电量做一个标杆，在这个时间段它的风速分布和功率曲线我可以计算，这样的话其它机组发电量损失我就对比起来了。所以在可利用率其实是SCADA系统中不太准确的一个数据。