風電機組實際運行功率曲線影響因素分析

　　2 氣象和環境條件對風電機組實際運行功率曲線的影響
　　風電機組的功率特性除取決于風電機組的性能外，還取決于氣象環境條件以及風電機組在風電場中的排布等。
　　下面對風電機組功率曲線的影響因素進行分析。
　　2.1 海拔高度
　　海拔高度增加，空氣密度降低。海拔越高，空氣的大氣壓力就會隨之變小，如圖1 所示。

圖1 空氣密度隨海拔高度的變化

　　當風電機組安裝在高海拔地區時，由于那里的空氣密度低，輸出功率減小，從而影響風電機組的功率曲線。圖2給出了Vestas 600kW 變槳距風電機組和定槳距風電機組在不同海拔高度處的功率曲線。
　　對于定槳距失速風電機組，隨著海拔高度的增加，整個風電機組功率曲線在同樣風速下的發電功率降低，大于滿負荷發電風速，功率降低更為明顯，如圖2（a）所示[1]。
　　對于變槳距風電機組，隨著海拔高度的增加，在滿負荷發電功率前的所有風速段，相同風速下的功率都下降；滿負荷發電風速值增加，對中高風速段影響較為明顯；大于滿負荷發電風速時，風電機組通過收槳進行恒功率控制，不影響功率曲線的形成，如圖2（b）所示。

圖2 空氣密度對風電機組功率特性的影響[1]

　　2.2 空氣溫度、濕度對功率曲線的影響溫度升高會造成空氣密度的降低，如圖3 所示，使得同樣風速下風電機組出力降低。空氣中還有水蒸氣，即空氣存在一定的濕度，濕度對空氣密度也有一定的影響。潮濕的空氣比干燥的空氣輕。因此，空氣中的水蒸氣增加，空氣密度會降低，風電機組出力降低[2]。

圖3 空氣密度與溫度的關系

　　當風電機組安裝在低溫地區時，由于空氣密度變大，輸出功率也隨著增大；反之，在高溫地區的風電機組其輸出功率減小。圖4 給出了Vestas 600kW 變槳距風電機組與定槳距風電機組在不同溫度下的功率輸出曲線。
　　對于定槳距失速風電機組，隨著溫度的增加，整個風電機組功率曲線在同樣風速下的發電功率降低，在接近和大于滿負荷發電風速時，功率降低更為明顯，如圖4（a）所示。
　　對于變槳距風電機組，隨著溫度的增加，在滿負荷發電功率前的所有風速段，相同風速下的功率都有所下降；滿負荷發電風速值增加，對中高風速段影響較為明顯；在大于滿負荷發電風速時，風電機組通過收槳進行恒功率控制，不功影響率曲線的形成，如圖4（b）所示[1]。

圖4 溫度對風電機組功率特性的影響[1]

　　2.3 陣風的影響
　　接近地面的空氣層流動速度時小時大，形成“陣風”。陣風產生是空氣擾動的結果。陣風的風速一般要比平均風速大50% 或更高。平均風速越大，地面越粗糙，陣風風速超過平均風速的百分比越大。一次陣風達到最大風速后，約1s~2s 后風速就會小于平均風速的一半，然后陣風再出現另一次最大風速[1]。
　　對于變速風電機組來說，當輸出功率小于額定功率時，風電機組可以根據風速的大小調整發電機轉差率，使其葉輪的轉速達到最佳葉尖速比（λopt），優化輸出功率，從而提高風電機組的發電效率。
　　由于陣風的原因，風的變化速度較快，葉輪慣性很大，使得葉輪轉速不能緊跟風速的變化，從而偏離最佳葉尖速比，造成風電機組的效率降低，功率曲線變差。