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文档简介
ICS27.180
F11
备案号:NB
中华人民共和国能源行业标准
NB/TXXXX—XXXX
风力发电机组功率曲线现场验证技术规程
Verificationcodeofpowercurveforwindturbineinwindfarm
(征求意见稿)
XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施
国家能源局发布
XX/TXXXXX—XXXX
I
XX/TXXXXX—XXXX
风力发电机组功率曲线现场验证技术规程
1范围
本标准规定了风力发电机组功率曲线现场验证的一般规定、数据采集与处理、验证功率曲线生成与
湍流修正、功率曲线验证等内定。
本标准适用于陆上风力发电机组,海上风力发电机组可参照执行。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅所注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修订单)适用于本文件。
GB/T18451.2风力发电机组功率特性测试
3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
理论年发电量annualenergyproductionAEP
利用风力发电机组功率曲线以及轮毂高度不同风速频率分布计算得到的一台风力发电机组一年时
间内生产的全部电能,计算中假设可利用率为100%。
3.2
扫风面等效风速rotorsweptareaequivalentwindspeed
考虑扫风面风切变的影响,风力发电机组扫风面整体的等效风速。
3.3
被验功率曲线referencepowercurve
功率曲线验证时选择用来进行比对的参考曲线。
3.4
验证功率曲线verifiedpowercurve
1
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与被验功率曲线相对,验证阶段测量的风力发电机组功率曲线。
3.5
功率曲线验证verificationofpowercurve
根据风力发电机组验证功率曲线与被验功率曲线分别计算得到的理论年发电量之间的对比。
4一般规定
4.1风力发电机组
4.1.1测量期间,风力发电机组应按照规定正常运行,引起风力发电机组功率特性重要变化的配置不能
改变,不能开展正常维护之外的人为干涉,如大部件更换、控制系统软件版本更新(控制参数异动等)、
叶片清洗、风力发电机组功率测量装置和测风系统异动等。
4.1.2测量期间,可对风力发电机组进行正常维护,但应记录维护情况。
4.2测量装置
4.2.1测量装置技术要求
4.2.1.1测风塔选用的风速计、风向仪以及温度、湿度、大气压力传感器应满足GB/T18451.2的要求。
4.2.1.2电功率测量装置技术要求应满足GB/T18451.2的相关要求。
4.2.1.3激光雷达测风仪技术要求见附录A,其中机载式激光雷达测风仪宜优先选择连续脉冲式,一个采
样周期内应能同步完成多层扫描锥面的连续采样,每层扫描锥面采样点不应少于4个,扫描采样点位置
分布应均匀对称。
4.2.1.4测量场地地形条件满足附录B要求时,风能资源可以通过在风力发电机组前方立测风塔或地面式
激光雷达测风仪的方式获得。若现场具备满足地面式激光雷达测风仪连续稳定运行的外部条件,可采用
测风塔或地面式激光雷达测风仪。在测量场地地形条件不满足附录B要求的条件时,可选择机载式激光
雷达测风仪。
4.2.2测量装置安装
4.2.2.1一般安装规定
a)测量仪器及测风塔的安装应牢固、可靠,电源供给稳定,保证设备和人员安全。
b)测风塔和地面式激光雷达测风仪应选择在有效扇区内安装,有效扇区的选择应满足GB/T
18451.2附录B的要求。
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4.2.2.2测风塔
a)测风塔上的风速计、风向仪及温度、湿度、大气压力传感器安装应按照附录C进行。
b)测风塔应至少安装三个高度层的测风仪器,定轮毂高度为H、叶轮半径为R,上层仪器分布高
度在H2R3~HR,中间层分布高度在0.99H~1.01H,下层仪器分布高度在HR~H2R3。
c)风速计的安装推荐采用侧边安装的形式。
4.2.2.3地面式激光雷达测风仪
a)地面式激光雷达测风仪布置位置见图1,做好安装位置记录。
图1地面式激光雷达测风仪布置位置
b)扫描采样点高度分布应满足第4.2.2.1条要求,并记录扫描采样点高度分布。
c)调整地面式激光雷达测风仪基准方位角、时钟与风力发电机组一致。
4.2.2.4机载式激光雷达测风仪
a)机载式激光雷达测风仪安装,应使测风仪中轴线与机舱中轴线平行,测量时测风仪与机舱之间
的相对间距不变,调整测风仪基准方位角与风力发电机组一致。并记录测风仪与机舱平面的高度差、测
风仪与机舱中轴线之间的水平间距。
b)根据机载式激光雷达测风仪扫描锥角,结合叶轮扫风面直径,设定测风仪测量距离,使得在该
测量距离下形成的扫描等效锥面直径与叶轮扫风面直径相同,且各扫描点高度分布满足第4.2.2.1条要求,
当所需测量距离超过测风仪最大范围时,测量范围取测风仪最大测量距离。做好测风仪锥角和测量距离
记录。
3
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c)机载式激光雷达测风仪同步扫描设定距离范围内扫风面采样数据,注意现场运行环境,超过测
风仪运行条件影响设备安全时,及时采取对应措施。
d)调整机载式激光雷达测风仪时钟与风力发电机组主控系统时钟一致。
4.3场地评估与标定
根据附录B开展场地评估工作,根据GB/T18451.2的要求开展场地标定,并记录地形情况。
5数据采集与处理
5.1数据采集
5.1.1以1HZ或更高的采样速率连续采集气温、气压、湿度、风速、风向、功率等参数。
5.1.2风速范围为下限为切入风速以下1m/s,上限为额定风速高2m/s。
5.1.3记录风力发电机组运行状态及其起止时间。
5.2数据筛选
5.2.1以下情况数据删除
a)环境条件超出风力发电机组运行范围之外的。
b)环境条件超出测风仪运行范围之外的。
c)风力发电机组处于计划检修、故障及消缺、电网限电、风力发电机组自身限负荷等状态的。
d)有效扇区之外的。
e)叶片表面有覆冰的。
f)其他外因导致风力发电机组出力不正常的。
5.2.2以0.5m/s整数倍的风速为中心,左右各0.25m/s为区间段,对采集的数据进行分组,每组数据至少
包含30min有效数据。
5.3数据修正
5.3.1矢量分解
a)激光雷达测风仪测得的有效径向矢量风速应进行三维空间坐标分解。
b)以机舱中轴线为x轴,由机舱头部向尾部的方向为正;以与水平面相垂直的方向为y轴,向上的
方向为正;垂直于xoy坐标面轴线方向为z轴,以下叶尖旋转切线方向为正。
c)应根据测风仪扫描锥角,结合各采样点在空间位置上的分布,将径向矢量风速分解到x、y、z轴上。
4
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5.3.2扫风面等效风速计算
矢量分解后的x轴方向的风速数据应根据风切变情况、风速高度层的空间分布进行扫风面等效风速
Veq计算,按照如下公式进行:
1/3
nh
'3Ai
Veqvi(1)
i1A
'
式中:Veq-表示根据风切变修正后风速;
nh-表示不同高度的总层数;
A-表示整个扫风面面积;
Ai-表示第i层高度对应的扫风面积;
n
表示第层高度处的平均风速,其表达式为j,j表示第层高度处经矢量分解在轴方
vi-ivivinviix
j1
向上的各采样点风速,n表示第i层采样点的个数。
5.3.3基于密度的风速修正
按照如下公式进行基于密度的风速修正:
273p0.0378p
=1.293b(2)
273t0.1013
式中:-表示实际大气密度(kg/m3);
t-表示环境温度(摄氏度);
p-表示大气压力(兆帕);
pb-表示环境温度为t时,饱和空气中水蒸气的分压力(兆帕);
-表示大气相对湿度(%)。
再依据如下公式进行风速修正:
'3
Veq=Veq0(3)
式中:Veq-表示基于密度修正后风速(m/s);
0-表示被验功率曲线对应的密度。
5.4数据库
按照GB/T18451.2要求,在数据标准化之后,对所选数据按照“区间法”存储,建立数据库。
6验证功率曲线生成与湍流修正
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6.1验证功率曲线生成
按照GB/T18451.2的要求,风速修正后的数据组用“区间法”确定测量功率曲线,作为初始功率
曲线。
6.2验证功率曲线湍流修正
根据筛选后风速数据,计算扫风面的湍流强度,对获得的初始功率曲线,根据湍流强度规格化至参
考湍流强度,规格化方法见附录D,参考湍流强度可依据测风塔数据进行选定。
6.3不确定度分析
宜根据GB/T18451.2相关规定进行不确定度分析。
7功率曲线验证
7.1被验功率曲线和验证功率曲线之间应通过测算的理论年发电量进行对比验证,年发电量测算过程
应按照GB/T18451.1进行。
7.2理论年发电量计算所选风频分布可选用测风塔代表年风频分布或与形状参数为2的威布尔分布完
全相同的瑞利分布。
8验证报告
验证报告应遵循客观、公正、真实的原则编制,包括但不限于以下内容:
8.1风力发电机组
风力发电机组型号、生产日期、轮毂高度、叶片长度、转速范围、额定功率、额定风速、投产时间。
8.2场地评估与测量扇区
地形评估情况和选定的有效测量扇区分布。
8.3测量装置与安装
选用的测量装置(包括风能资源测量选用测风塔、地面式激光雷达测风仪还是机载式激光雷达测风
仪),装置型号及主要技术参数,安装位置,数据采集频率,激光雷达测风仪设定的测量参数(测量距
离、高度分布、各层扫描点数等)。
8.4数据采集与处理
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应说明测量持续的时长以及bin法分组的数据情况,包括数据分组数、每组有效数据数目等。
8.5验证功率曲线生成与湍流修正
被验功率曲线的获取方式及结果(功率散点图、风速-功率对应数据表、拟合曲线)。验证功率曲
线结果(功率散点图、风速-功率对应数据表、拟合曲线)。
8.6功率曲线验证
被验功率曲线和验证功率曲线之间应通过测算的理论年发电量进行对比验证,并说明风频分布。
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附录A
(规范性附录)
激光雷达测风仪技术要求
A.1激光雷达测风仪技术性能基本要求
类别参数列表指标要求
温度(℃)-40~50
环境适应性相对湿度(%)0~100
防护等级IP67(地面式)、IP65(机载式)
风速(m/s)±0.1
风向±0.5º
探测精度
温度(℃)±1
气压(hPa)±1.3
风速(m/s)0~70
风向(º)0~360
测量范围温度(℃)-40~50
湿度(%)0~100
气压(hPa)当地海拔对应最低气压~1100
频率(Hz)1
每层最小扫描点数6
扫描特性扫描层数10
不低于±15º(地面式)、水平方位角不低于±15º
天顶角范围
(机载式)
存储容量不少于12个月原始数据存储
标准校时有
方位指示与校准有
与外部连接方式Ethernet/CANBUS/3G/USB/RS232
数据文件输出格式*.xls或*.csv
风速、风向、气压、温度、湿度等参数1s各扫
数据输出
描点原始测量值、10min平均值
A.2检验要求
激光雷达测风仪应定期进行检验,检定周期、检验方式应根据出厂说明进行。
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附录B
(规范性附录)
测量场地地形评估
不进行标定的测量场地,应满足表B.1所列的条件。
表B.1无需标定场地条件
距离扇区最大倾角(%)偏离平面的最大偏差
2
2L3600321(3H0.5D)
2
2L且4L有效测量扇区15223(H0.5D)
2L且4L有效测量扇区之外1103无
22
4L且8L有效测量扇区10(H0.5D)
3
8L且16L有效测量扇区10无
注释:1.定义的扇区如图B.1所示
2.选择与扇区地形最吻合,并通过塔架基础的平面,该平面与实际地形之间的最大倾
角,以及偏离平面的最大偏差,定义和计算方法如图B.2所示,倾角计算公式为:
ZZ
最大倾角max(0i)(B.1)
di
地形偏离平面最大偏差max(Z0Zi)(B.2)
3.塔架基础与扇区内任一点连接线的最大倾角,倾角计算见公式(B.1),定义和计算
方法如图B.3所示。
8L到16L之间
的测量区域
4L到8L之间的16L相对距离
测量区域
2L到4L之间的
测量区域
8L
测量装置与
4L机组点位处的
距离
2L以内的的测2L
量区域
机组点位
测量扇区边界测量扇区边界
测量扇区之外
图B.1测量扇区分布示意
AB
图B.2与扇区地形最吻合的连接线的最大倾角和地形最大偏差
9
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倾角=
�0−��
||
AB��
�
��0
7000
�
����0
图B.3通过塔架与扇区地形任一点连接平面与水平面之间的最大倾角
10
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附录C
(规范性附录)
测风塔安装规范
C.1一般规定
C1.1选用的测风装置应经过标定,且在有效期内。
C1.2测风装置的安装应牢固、稳定。
C.2顶部风速计的安装
C2.1应将风速计安装在测风塔顶端1.5m以上,应通过一个垂直圆管固定风速计,圆管顶端以下1.5m段
的直径应不大于风速计,圆管垂直度不大于2º。
C2.2风速计以下1.5m内不能存在其他气流干扰物,其他测量仪器应至少在风速计4m以下。测风塔的任
何部分都不能超过以风速计为顶端、以11倍测风塔侧边长度为底部直径的锥面外。顶部风速计安装示意
见图C.1。
图C.1顶部风速计安装示意
C.3侧边风速计的安装
C3.1侧边风速计应成使用,若横杆直径为d,测风仪应安装在横杆20d以上,推荐25d;两风速计应等
高,相互间隙不小于2.5m且不大于4.0m。
C3.2应通过一个垂直圆管将风速计固定在横杆上,风速计以下1.5m内不能存在其他测量装置且风速计
4m以下不能存在其他测量仪器。
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C3.3除风速计垂直杆及水平横杆外,测风塔其他部分不能超过以两风速计水平中心点为顶端的、以11
倍测风塔侧边长度为底部直径的锥面外。侧边风速计安装示意图见图C.2。
C3.4横杆应于测风塔同心安装,两风速计的相互影响应进行评估。
图C.2侧边风速计安装示意
C.4风向仪宜安装在风速计以下4~10m范围内,但应在轮毂高度的10%以内,风向仪与横杆的垂直距离
要在横杆直径的10倍以上,风向仪所在测量扇区造成的气流畸变应最小。且不能在C2.2、C3.3规定的半
锥外。
C.5温湿度和压力传感器应安装在风速计4m以下,且应在轮毂高度10m以内,不能在C2.2、C3.3条规定
的半锥外,温湿度传感器应安装在一个百叶箱内,压力传感器安装在一个不受天气影响的箱内,应确保
箱体与外界通风良好,不受箱子周围压力干扰影响。
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附录D
(规范性附录)
湍流规格化功率曲线方法
D.1基于10min时间区间的仿真功率曲线
应将筛选后的原始采样风速以10min为区间进行分区,求取每一个区间的平均功率仿真均值,其公
式为:
()
Psim,I(v)PI=0(v)fI(v)dvD.1
v0
式中:
Psim,I(v)-表示实际测量湍流强度下,各10min时间区间段内仿真平均功率;
fI(v)-表示实际测量湍流强度的风频分布。
PI0(v)-表示设定的零湍流功率输出;
再进行参考湍流强度的10min仿真功率曲线计算,其公式为:
P(v)P(v)f(v)dv(D.2)
sim,IrefI0Gaussian
v0
式中:
P(v)表示参考湍流强度下,各时间区间段内仿真平均功率;
sim,Iref-10min
fGaussian(v)-表示以10min时间区段内测量风速均值为数学期望、参考湍流强度为标准方差呈现高斯分
布的风频分布函数。
D.2参考湍流强度功率规格化
将在某一参考湍流强度Iref下,湍流规格化的功率曲线为:
P(v)P(v)P(v)P(v)
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