基于机舱传递函数影响风电机组功率特性的分析

随着大容量机组越来越普遍,叶片扫掠面积越来越大,机舱传递函数对风电机组运行效率的影响越来越明显。在风电机组功率曲线的分析工作中,不仅要考虑以往影响风电机组未达到理论功率曲线的因素,同时要分析机舱传递函数的影响。

基于随机森林的风电机组机舱传递函数估计

安装在风电机组机舱尾部的风速仪会受到风轮尾流和机舱形状影响,无法直接用于功率曲线测试,国际电工委员会在标准文件IEC 1400-12-2:2013中给出的区间拟合法(Binned-NTF)准确性不高。应用随机森林方法拟合机舱传递函数,分析了海上和陆上的多个机型的实测数据,对比IEC方法,在均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)、拟合精度R2等指标上均有较大改善。功率曲线趋势曲线的拟合均方根误差从0.2~0.5降低到0.1~0.3,发电量评估的误差从0.4%~8.2%降低到-3.1%~0.2%。研究表明影响机舱传递函数的主要特征为风速、功率和变桨角。对8个项目的功率曲线测试数据进行分析,发现变桨角的重要系数随测试数据集中变桨的数据量百分比的升高而增加,该方法简单易用,为提升机舱传递函数估计的准确度提供了有效支持。

风力机双参数机舱传递函数构建方法

自由来流风速是影响风电机组叶片气动性能、运行控制策略、功率特性的重要因素。针对常用机舱传递函数在估算自由来流风速时考虑因素单一的问题,以风电机组的能效后评估为依托,借助机舱式激光雷达对自由来流进行测量,结合机组运行状态建立了测风数据的有效性筛选方法;基于曲面拟合的方式研究自由来流风速与同期机舱风速、机组输出功率的相关关系,提出了一种双参数机舱传递函数的拟合构建方法,其拟合优度相对于常用单参数传递函数有了一定程度的提升。采用该方法可降低机组后评估时对遥感测风装置的依赖,为同场区该型号机组能效评估中涉及的自由来流风速获取提供了一种精度较高的工程估算方案。

基于机舱传递函数的风机功率曲线研究

功率曲线是评估风机性能的重要指标之一。基于机舱传递函数的功率曲线具有高效、快速以及全面等特点。对3种主要的机舱传递函数计算方法进行全面剖析:动量理论修正法基于风轮动量理论的单元流管模型,采用机舱风速和功率进行自由流风速计算;分区多段线性拟合Binned-NTF修正法和高次多项式分区拟合修正法基于最小二乘法对机舱风速和激光雷达测风风速进行风速修正。以某平原风电场工程为例,采用这3种方法计算、修正的发电量误差在-2.33%~5.23%之间;采用拟合修正法的风速拟合精度和发电量误差率均优于动量理论修正法,而在拟合法中,高次多项式分区拟合修正法优于分区多段线性拟合Binned-NTF修正法。这是由于动量理论修正法受下截面风速近似化处理和机舱风速仪测量精度等因素的影响,误差率略大。综上所述,机舱风速仪测量精度会影响机舱传递函数计算方法的准确度,高次多项式分区拟合修正法优于其他2种机舱传递函数计算方法。

基于CFD的风电机组机舱传递函数数值模拟

为研究风电机组运行时机舱风速风向仪与风轮前方实际来流速度的关系,提高风能利用效率,采用standard k-e以及SST k-ω两种湍流模型对风机进行数值模拟,在两套网格上对模型进行网格无关性验证,利用基于MRF的4个方位角模型来模拟叶轮整个转动周期,用2.0 MW机组及测试数据进行验证,仿真结果与实测结果误差在7%以内,继而对2.5 MW机组及2.0 MW机组变桨模型进行仿真,结果表明:利用稳态数值模拟能准确得到机舱上方速度场,并建立机舱传递函数;同一机组在桨距角保持不变时,各风速段下机舱传递函数基本不变;当机组桨距角发生改变后,机舱传递函数会受到明显影响。

基于机舱传递函数的风机性能评估

根据风电场SCADA系统10 min平均风速及平均功率,利用机舱传递函数(NTF)和Bin法计算出全场各机组运行功率曲线,通过功率曲线与保证功率曲线的保证率K值对各机组的性能进行评估。某风力发电场风机性能评估结果表明仍有32%风电机组的K值低于承诺值95%,偏离度最大的风电机组保证率K值仅为80%。通过对异常风电机组最大风能追踪区、恒转速区、恒功率区三种运行工况下风速、桨距角和发电机转速分析发现,部分工况区桨距角未达到最优状态,经常出现提前变桨动作,偏离了最佳叶尖速比,从而对风电机组发电性能有较大影响,异常风电机组的发电性能存在进一步优化提升的空间,对改善发电场发电效益具有重要意义。

基于机舱传递函数的风电机组传动链效率测试与研究

针对国内风力发电机组传统传动链效率测试方法存在成本过高、难度较大的问题,对机舱传递函数(NTF)分区间式的最优拟合进行了分析与研究。对机舱传递函数有效性的检查流程进行了阐述,提出了一种相对可靠且便捷的风电机组传动链效率测试方法,利用机舱传递函数对机舱风速进行了校正,对某平坦地形风电场内的某台2.0 MW风电机组进行了传动链效率测试,将实测结果与利用传统测风方法的实测结果进行了比对分析。研究结果表明:两种测试方法的测试结果基本一致,因此利用分区间式的机舱传递函数的测试方法可以准确测得风电机组传动链效率,大大降低了测试成本及实施难度。

一种机舱风速传递函数确立方法及其应用

文章依据IEC 61400-12-2:2013的相关要求,介绍了NTF的确定方法,并根据该NTF得出了基于机舱风速的某1.5 MW风电机组实测功率曲线。结果表明,该NTF可以满足相关标准的要求。新的测试方法,简化了传统的功率曲线测试流程,提高了测试效率。

基于机舱风速计的风电机组功率特性评估方法

针对传统的功率特性评估方法难以对未配置测风塔的风电机组进行评估的问题,对基于机舱风速计的功率特性评估方法进行了研究。在深入剖析机舱风速与测风塔风速相关性的基础上,依托IEC 61400-12-2标准,提出了二者之间最优拟合关系为分区间段的机舱传递函数(BinnedNTF)。利用Binned-NTF对机舱风速进行校正,并用计算出的空气密度对数据进行标准化,得到机组的实测功率曲线、风能利用系数曲线和理论年发电量。研究应用表明,该方法在不增加测风设备经济成本的情况下,可以对未配置测风塔的风电机组进行功率特性评估,能够及时有效地维护风电场的利益。

基于测风塔测风数据的风电机组机舱风速修正

针对机舱风速理论修正方法计算偏差较大的问题,根据风力发电机组控制策略对整个风速范围进行分区,通过高阶多项式拟合来确定机舱风速传递函数,建立一种基于测风塔测风数据的机舱风速修正方法。采用该方法进行风速修正不仅能够克服IEC机舱传递函数实用性较差的问题,而且较不分区的简单线性拟合又具有较高的拟合精度,通过引入过渡区间改进了分段机舱传递函数所存在的不连续问题。算例结果与数据分析表明了该机舱风速修正方法的优越性。

基于湍流的双NTF方法应用于机舱风速计测量功率曲线

机舱风速计测量功率曲线的误差较大,造成风电功率预测结果的不确定性。文章依托某风电场现场实验,研究了机舱风速-自由流风速的关系,探讨了大气湍流强度对机舱传递函数(NTF)的影响,提出了基于湍流的双NTF方法,并应用于机舱风速计测量功率曲线。在不同年平均风速情况下,采用未修正的机舱风速功率曲线、国际电工委员会(IEC)提出的单NTF方法修正后的机舱风速功率曲线和文章所提出的双NTF方法修正后的机舱风速功率曲线,分别评估年发电量,其误差范围分别为-8.8%^-0.5%,-2.4%^-0.2%和-0.2%~0.2%。研究结果表明,文章所提出的基于湍流的双NTF方法是可行的,其应用效果优于IEC提出的单NTF方法。

基于机舱风速计的风电机组功率特性测试

IEC最新发布的IEC61400-12-2：2013基于机舱风速计的风电机组功率特性测试标准规定了一种在特定条件下，利用机舱风速计开展风电机组功率特性测试的方法，该方法的核心思想是建立风电机组机舱风速与自由流风速的传递函数关系，同类型风电机组可应用此传递函数在不同场地开展功率特性测试。本文对该测试标准进行了解读，重点介绍了测试场地地形分级方法、机舱传递函数的建立、机舱功率曲线的计算以及不确定度评估方法。

基于卷积神经网络的机舱风速修正

风电机组机舱风速计受到风机尾流和叶片扰动影响,国际电工委员会(IEC)提出的机舱传递函数无法准确描述机舱实测风速与来流风速的复杂关系。提出一种基于卷积神经网络的机舱风速修正模型,该模型采用多层卷积池化,可有效过滤风机尾流和叶片扰动的影响,高度抽象特征变量,提高修正风速的精度。工程实例表明:平原风电场中基于卷积神经网络法的计算风速与实测风速拟合精度R2达到0.8447,平均绝对误差(MAE)仅为0.071,该方法计算的功率曲线与实测功率曲线评估电量差异仅为4.07%,各项偏差指标均优于IEC机舱传递函数,充分反映出该模型在机舱风速修正方面的优越性。

基于机舱风速计功率曲线测试方法研究

目前进行风电机组功率曲线测试工作需要建立专门的测风塔或使用激光雷达测风仪，每个测试周期内仅能测试一台机组，无法同时测得同一风电场内同种型号的其他机组实际功率曲线，无法判断是否全部满足合同保证值，这种方法低效且价格高昂。本文依据机舱传递函数（NTF）法，在某平坦地形风电场内同时测得两台机组实际功率曲线及传递函数，验证了传递函数的有效性后获得了该风电场内其余相同型号机组的实际机舱风速功率曲线。通过实际测试验证了该方法的有效性，获得了测量同一风电场内相同型号的所有机组实际功率曲线高效、经济的方法。

已投产风电场理论发电量计算方法研究和探讨

本文针对已投风电场理论发电量难以汁算准确的问题，结合数据分析和风电场考核经验，介绍了3种常用理论发电量计算方式，分析各方法的特点和适应范尉。为验证3种方法的准确性，选择2个有特点的风电场进行了测算，得出了其中最为适合进行已投风电场理沦发电量计算的方法。