风电场机组功率曲线验证技术规程

ICS 27.180F11FORMTEXT备案号：FORMTEXTNBFORMTEXTNB/TFORMTEXTXXXX—FORMTEXTXXXXFORMTEXT     FORMTEXT风力发电机组功率曲线现场验证技术规程Verificationcodeofpowercurveforwindturbineinwindfarm（征求意见稿）FORMDROPDOWNFORMTEXT     FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX发布FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX实施FORMTEXT国家能源局   发布XX/TXXXXX—XXXX风力发电机组功率曲线现场验证技术规程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。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术语和定义下列术语和定义适用于本文件。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%。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。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。验证功率曲线verifiedpowercurve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。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。一般规定风力发电机组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。测量装置测量装置技术要求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。电功率测量装置技术要求应满足GB/T18451.2的相关要求。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。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。测量装置安装一般安装规定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/T18451.2附录B的要求。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、叶轮半径为，上层仪器分布高度在，中间层分布高度在，下层仪器分布高度在。c)风速计的安装推荐采用侧边安装的形式。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。轮毂高度轮毂高度2D4D被测风力发电机组地面式激光雷达测风仪地面式激光雷达测风仪图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。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。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。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。数据采集与处理数据采集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。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。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轴，向上的方向为正；垂直于坐标面轴线方向为轴，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轴上。5.3.2扫风面等效风速计算矢量分解后的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计算，按照如下公式进行：（1）式中：-表示根据风切变修正后风速；-表示不同高度的总层数；-表示整个扫风面面积；-表示第层高度对应的扫风面积；-表示第层高度处的平均风速，其表达式为，表示第层高度处经矢量分解在轴方向上的各采样点风速，表示第层采样点的个数。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：（2）式中：-表示实际大气密度（）；-表示环境温度（摄氏度）；-表示大气压力（兆帕）；-表示环境温度为时，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）式中：-表示基于密度修正后风速（）；-表示被验功率曲线对应的密度。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。验证功率曲线生成与湍流修正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。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。不确定度分析宜根据GB/T18451.2相关规定进行不确定度分析。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，年发电量测算过程应按照GB/T18451.1进行。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。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：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。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。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）。数据采集与处理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。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）。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。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环境适应性温度（℃）-40～50相对湿度（%）0～100防护等级IP67（地面式）、IP65（机载式）探测精度风速（m/s）±0.1风向±0.5º温度（℃）±1气压（hPa）±1.3测量范围风速(m/s)0～70风向(º)0～360温度(℃)-40～50湿度(%)0～100气压(hPa)当地海拔对应最低气压～1100扫描特性频率(Hz)1每层最小扫描点数6扫描层数10天顶角范围不低于±15º（地面式）、水平方位角不低于±15º（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数据输出风速、风向、气压、温度、湿度等参数1s各扫描点原始测量值、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。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22且有效测量扇区122且有效测量扇区之外13无且有效测量扇区22且有效测量扇区3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：最大倾角（B.1）地形偏离平面最大偏差（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。图B.1测量扇区分布示意图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倾角=倾ZZPdP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

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。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。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：（D.1）式中：-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；-表示实际测量湍流强度的风频分布。-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：（D.2）式中：-表示参考湍流强度下，各10min时间区间段内仿真平均功率；-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下，湍流规格化的功率曲线为：（D.3）式中：-表示某10min实测功率的均值；-表示规格化到设定参考湍流强度下的某10min时间段内的平均功率。D.3零湍流强度功率曲线的确定D.3.1初始零湍流强度功率曲线的确定D3.1.1定初始零湍流功率曲线切入风速以下输出功率为0，超过额定风速的功率输出设置为额定功率。以测量功率曲线的功率达到0.1%的额定功率所对应的区间风速作为初始的零湍流功率曲线的切入风速。D3.1.2以测量功率曲线中功率系数最大的值作为初始的零湍流功率曲线在切入风速到额定风速之间的功率系数，且定在切入风速至额定风速之间的值为常数。D3.1.3按照标准空气密度、功率系数、风速的三次方关系计算初始零湍流功率曲线在切入风速到额定风速之间的功率输出。并根据额定功率、标准空气密度、叶轮扫风面积和功率系数最大值确定额定风速。D.3.2初始零湍流强度功率曲线的调整D3.2.1假定每个10min风速区间的分布是高斯分布，对应的湍流强度作为高斯分布的标准差、均值为高斯分布的数学期望，使用式（D.1）对初始零湍流功率曲线进行积分，得到测量风速区间平均值对应的仿真功率曲线。D3.2.2调整零湍流功率曲线的切入风速，额定功率和最大功率系数，使得仿真功率曲线的最大功率与测量功率曲线的最大功率相差不超过0.1%，仿真功率曲线的切入风速与测量功率曲线的切入风速相差不超过0.5m/s，仿真功率曲线的最大功率系数与测量功率曲线的最大功率系数相差不超过0.01。D.3.2.3零湍流功率曲线的调整过程如图D.1所示。图D.1零湍流功率曲线的调整过程D.3.3最终零湍流强度功率曲线的确定使用调整后的零湍流功率曲线对每10min的测量数据利用式（D.1）进行积分。然后假设湍流强度为0，调整各10min风速区间的风速分布，再次对10min的测量原始数据利用式（D.1）进行积分。利用式（D.2）得到零湍流功率曲线的10min原始数据，按照区间平均的方法处理这些10min原始数据，得到最终的零湍流功率曲线。目  次前  言 II1范围 12规范性引用文件 13术语和定义 14一般规定 24.1风力发电机组 24.2测量装置 24.3场地评估与标定 45数据采集与处理 45.1数据采集 45.2数据筛选 45.3数据修正 45.4数据库 56验证功率曲线生成与湍流修正 56.1验证功率曲线生成 66.2验证功率曲线湍流修正 66.3不确定度分析 67功率曲线验证 68验证报告 68.1风力发电机组 68.2场地评估与测量扇区 68.3测量装置与安装 68.4数据采集与处理 68.5验证功