風電場機組功率曲線驗證技術(shù)規(guī)程

ICS?27.180F11FORMTEXT備案號：FORMTEXTNBFORMTEXTNB/TFORMTEXTXXXX—FORMTEXTXXXXFORMTEXT?????FORMTEXT風力發(fā)電機組功率曲線現(xiàn)場驗證技術(shù)規(guī)程Verificationcodeofpowercurveforwindturbineinwindfarm（征求意見稿）FORMDROPDOWNFORMTEXT?????FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX發(fā)布FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX實施FORMTEXT國家能源局???發(fā)布XX/TXXXXX—XXXX風力發(fā)電機組功率曲線現(xiàn)場驗證技術(shù)規(guī)程范圍本標準規(guī)定了風力發(fā)電機組功率曲線現(xiàn)場驗證的一般規(guī)定、數(shù)據(jù)采集與處理、驗證功率曲線生成與湍流修正、功率曲線驗證等內(nèi)定。本標準適用于陸上風力發(fā)電機組，海上風力發(fā)電機組可參照執(zhí)行。規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修訂單）適用于本文件。GB/T18451.2風力發(fā)電機組功率特性測試術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。理論年發(fā)電量annualenergyproductionAEP利用風力發(fā)電機組功率曲線以及輪轂高度不同風速頻率分布計算得到的一臺風力發(fā)電機組一年時間內(nèi)生產(chǎn)的全部電能，計算中假設(shè)可利用率為100%。掃風面等效風速rotorsweptareaequivalentwindspeed考慮掃風面風切變的影響，風力發(fā)電機組掃風面整體的等效風速。被驗功率曲線referencepowercurve功率曲線驗證時選擇用來進行比對的參考曲線。驗證功率曲線verifiedpowercurve與被驗功率曲線相對，驗證階段測量的風力發(fā)電機組功率曲線。功率曲線驗證verificationofpowercurve根據(jù)風力發(fā)電機組驗證功率曲線與被驗功率曲線分別計算得到的理論年發(fā)電量之間的對比。一般規(guī)定風力發(fā)電機組4.1.1測量期間，風力發(fā)電機組應(yīng)按照規(guī)定正常運行，引起風力發(fā)電機組功率特性重要變化的配置不能改變，不能開展正常維護之外的人為干涉，如大部件更換、控制系統(tǒng)軟件版本更新（控制參數(shù)異動等）、葉片清洗、風力發(fā)電機組功率測量裝置和測風系統(tǒng)異動等。4.1.2測量期間，可對風力發(fā)電機組進行正常維護，但應(yīng)記錄維護情況。測量裝置測量裝置技術(shù)要求測風塔選用的風速計、風向儀以及溫度、濕度、大氣壓力傳感器應(yīng)滿足GB/T18451.2的要求。電功率測量裝置技術(shù)要求應(yīng)滿足GB/T18451.2的相關(guān)要求。激光雷達測風儀技術(shù)要求見附錄A，其中機載式激光雷達測風儀宜優(yōu)先選擇連續(xù)脈沖式，一個采樣周期內(nèi)應(yīng)能同步完成多層掃描錐面的連續(xù)采樣，每層掃描錐面采樣點不應(yīng)少于4個，掃描采樣點位置分布應(yīng)均勻?qū)ΨQ。測量場地地形條件滿足附錄B要求時，風能資源可以通過在風力發(fā)電機組前方立測風塔或地面式激光雷達測風儀的方式獲得。若現(xiàn)場具備滿足地面式激光雷達測風儀連續(xù)穩(wěn)定運行的外部條件，可采用測風塔或地面式激光雷達測風儀。在測量場地地形條件不滿足附錄B要求的條件時，可選擇機載式激光雷達測風儀。測量裝置安裝一般安裝規(guī)定a)測量儀器及測風塔的安裝應(yīng)牢固、可靠，電源供給穩(wěn)定，保證設(shè)備和人員安全。b)測風塔和地面式激光雷達測風儀應(yīng)選擇在有效扇區(qū)內(nèi)安裝，有效扇區(qū)的選擇應(yīng)滿足GB/T18451.2附錄B的要求。測風塔a)測風塔上的風速計、風向儀及溫度、濕度、大氣壓力傳感器安裝應(yīng)按照附錄C進行。b)測風塔應(yīng)至少安裝三個高度層的測風儀器，定輪轂高度為、葉輪半徑為，上層儀器分布高度在，中間層分布高度在，下層儀器分布高度在。c)風速計的安裝推薦采用側(cè)邊安裝的形式。地面式激光雷達測風儀a)地面式激光雷達測風儀布置位置見圖1，做好安裝位置記錄。輪轂高度輪轂高度2D4D被測風力發(fā)電機組地面式激光雷達測風儀地面式激光雷達測風儀圖1地面式激光雷達測風儀布置位置b)掃描采樣點高度分布應(yīng)滿足第條要求，并記錄掃描采樣點高度分布。c)調(diào)整地面式激光雷達測風儀基準方位角、時鐘與風力發(fā)電機組一致。機載式激光雷達測風儀a)機載式激光雷達測風儀安裝，應(yīng)使測風儀中軸線與機艙中軸線平行，測量時測風儀與機艙之間的相對間距不變，調(diào)整測風儀基準方位角與風力發(fā)電機組一致。并記錄測風儀與機艙平面的高度差、測風儀與機艙中軸線之間的水平間距。b)根據(jù)機載式激光雷達測風儀掃描錐角，結(jié)合葉輪掃風面直徑，設(shè)定測風儀測量距離，使得在該測量距離下形成的掃描等效錐面直徑與葉輪掃風面直徑相同，且各掃描點高度分布滿足第條要求，當所需測量距離超過測風儀最大范圍時，測量范圍取測風儀最大測量距離。做好測風儀錐角和測量距離記錄。c)機載式激光雷達測風儀同步掃描設(shè)定距離范圍內(nèi)掃風面采樣數(shù)據(jù)，注意現(xiàn)場運行環(huán)境，超過測風儀運行條件影響設(shè)備安全時，及時采取對應(yīng)措施。d)調(diào)整機載式激光雷達測風儀時鐘與風力發(fā)電機組主控系統(tǒng)時鐘一致。場地評估與標定根據(jù)附錄B開展場地評估工作，根據(jù)GB/T18451.2的要求開展場地標定，并記錄地形情況。數(shù)據(jù)采集與處理數(shù)據(jù)采集5.1.1以1HZ或更高的采樣速率連續(xù)采集氣溫、氣壓、濕度、風速、風向、功率等參數(shù)。5.1.2風速范圍為下限為切入風速以下1m/s，上限為額定風速高2m/s。5.1.3記錄風力發(fā)電機組運行狀態(tài)及其起止時間。數(shù)據(jù)篩選5.2.1以下情況數(shù)據(jù)刪除a）環(huán)境條件超出風力發(fā)電機組運行范圍之外的。b）環(huán)境條件超出測風儀運行范圍之外的。c）風力發(fā)電機組處于計劃檢修、故障及消缺、電網(wǎng)限電、風力發(fā)電機組自身限負荷等狀態(tài)的。d）有效扇區(qū)之外的。e）葉片表面有覆冰的。f）其他外因?qū)е嘛L力發(fā)電機組出力不正常的。5.2.2以0.5m/s整數(shù)倍的風速為中心，左右各0.25m/s為區(qū)間段，對采集的數(shù)據(jù)進行分組，每組數(shù)據(jù)至少包含30min有效數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)修正5.3.1矢量分解a)激光雷達測風儀測得的有效徑向矢量風速應(yīng)進行三維空間坐標分解。b)以機艙中軸線為軸，由機艙頭部向尾部的方向為正；以與水平面相垂直的方向為軸，向上的方向為正；垂直于坐標面軸線方向為軸，以下葉尖旋轉(zhuǎn)切線方向為正。c)應(yīng)根據(jù)測風儀掃描錐角，結(jié)合各采樣點在空間位置上的分布，將徑向矢量風速分解到軸上。5.3.2掃風面等效風速計算矢量分解后的軸方向的風速數(shù)據(jù)應(yīng)根據(jù)風切變情況、風速高度層的空間分布進行掃風面等效風速計算，按照如下公式進行：（1）式中：-表示根據(jù)風切變修正后風速；-表示不同高度的總層數(shù)；-表示整個掃風面面積；-表示第層高度對應(yīng)的掃風面積；-表示第層高度處的平均風速，其表達式為，表示第層高度處經(jīng)矢量分解在軸方向上的各采樣點風速，表示第層采樣點的個數(shù)。5.3.3基于密度的風速修正按照如下公式進行基于密度的風速修正：（2）式中：-表示實際大氣密度（）；-表示環(huán)境溫度（攝氏度）；-表示大氣壓力（兆帕）；-表示環(huán)境溫度為時，飽和空氣中水蒸氣的分壓力（兆帕）；-表示大氣相對濕度（%）。再依據(jù)如下公式進行風速修正：（3）式中：-表示基于密度修正后風速（）；-表示被驗功率曲線對應(yīng)的密度。數(shù)據(jù)庫按照GB/T18451.2要求，在數(shù)據(jù)標準化之后，對所選數(shù)據(jù)按照“區(qū)間法”存儲，建立數(shù)據(jù)庫。驗證功率曲線生成與湍流修正驗證功率曲線生成按照GB/T18451.2的要求，風速修正后的數(shù)據(jù)組用“區(qū)間法”確定測量功率曲線，作為初始功率曲線。驗證功率曲線湍流修正根據(jù)篩選后風速數(shù)據(jù)，計算掃風面的湍流強度，對獲得的初始功率曲線，根據(jù)湍流強度規(guī)格化至參考湍流強度，規(guī)格化方法見附錄D，參考湍流強度可依據(jù)測風塔數(shù)據(jù)進行選定。不確定度分析宜根據(jù)GB/T18451.2相關(guān)規(guī)定進行不確定度分析。功率曲線驗證被驗功率曲線和驗證功率曲線之間應(yīng)通過測算的理論年發(fā)電量進行對比驗證，年發(fā)電量測算過程應(yīng)按照GB/T18451.1進行。理論年發(fā)電量計算所選風頻分布可選用測風塔代表年風頻分布或與形狀參數(shù)為2的威布爾分布完全相同的瑞利分布。驗證報告驗證報告應(yīng)遵循客觀、公正、真實的原則編制，包括但不限于以下內(nèi)容：風力發(fā)電機組風力發(fā)電機組型號、生產(chǎn)日期、輪轂高度、葉片長度、轉(zhuǎn)速范圍、額定功率、額定風速、投產(chǎn)時間。場地評估與測量扇區(qū)地形評估情況和選定的有效測量扇區(qū)分布。測量裝置與安裝選用的測量裝置（包括風能資源測量選用測風塔、地面式激光雷達測風儀還是機載式激光雷達測風儀），裝置型號及主要技術(shù)參數(shù)，安裝位置，數(shù)據(jù)采集頻率，激光雷達測風儀設(shè)定的測量參數(shù)（測量距離、高度分布、各層掃描點數(shù)等）。數(shù)據(jù)采集與處理應(yīng)說明測量持續(xù)的時長以及bin法分組的數(shù)據(jù)情況，包括數(shù)據(jù)分組數(shù)、每組有效數(shù)據(jù)數(shù)目等。驗證功率曲線生成與湍流修正被驗功率曲線的獲取方式及結(jié)果（功率散點圖、風速-功率對應(yīng)數(shù)據(jù)表、擬合曲線）。驗證功率曲線結(jié)果（功率散點圖、風速-功率對應(yīng)數(shù)據(jù)表、擬合曲線）。功率曲線驗證被驗功率曲線和驗證功率曲線之間應(yīng)通過測算的理論年發(fā)電量進行對比驗證，并說明風頻分布。附錄A（規(guī)范性附錄）激光雷達測風儀技術(shù)要求A.1激光雷達測風儀技術(shù)性能基本要求類別參數(shù)列表指標要求環(huán)境適應(yīng)性溫度（℃）-40～50相對濕度（%）0～100防護等級IP67（地面式）、IP65（機載式）探測精度風速（m/s）±0.1風向±0.5o溫度（℃）±1氣壓（hPa）±1.3測量范圍風速(m/s)0～70風向(o)0～360溫度(℃)-40～50濕度(%)0～100氣壓(hPa)當?shù)睾０螌?yīng)最低氣壓～1100掃描特性頻率(Hz)1每層最小掃描點數(shù)6掃描層數(shù)10天頂角范圍不低于±15o（地面式）、水平方位角不低于±15o（機載式）存儲容量不少于12個月原始數(shù)據(jù)存儲標準校時有方位指示與校準有與外部連接方式Ethernet/CANBUS/3G/USB/RS232數(shù)據(jù)文件輸出格式*.xls或*.csv數(shù)據(jù)輸出風速、風向、氣壓、溫度、濕度等參數(shù)1s各掃描點原始測量值、10min平均值A(chǔ).2檢驗要求激光雷達測風儀應(yīng)定期進行檢驗，檢定周期、檢驗方式應(yīng)根據(jù)出廠說明進行。附錄B（規(guī)范性附錄）測量場地地形評估不進行標定的測量場地，應(yīng)滿足表B.1所列的條件。表B.1無需標定場地條件距離扇區(qū)最大傾角（%）偏離平面的最大偏差22且有效測量扇區(qū)122且有效測量扇區(qū)之外13無且有效測量扇區(qū)22且有效測量扇區(qū)3無注釋：1.定義的扇區(qū)如圖B.1所示2.選擇與扇區(qū)地形最吻合，并通過塔架基礎(chǔ)的平面，該平面與實際地形之間的最大傾角，以及偏離平面的最大偏差，定義和計算方法如圖B.2所示，傾角計算公式為：最大傾角（B.1）地形偏離平面最大偏差（B.2）3.塔架基礎(chǔ)與扇區(qū)內(nèi)任一點連接線的最大傾角，傾角計算見公式（B.1），定義和計算方法如圖B.3所示。圖B.1測量扇區(qū)分布示意圖B.2與扇區(qū)地形最吻合的連接線的最大傾角和地形最大偏差傾角=傾ZZPdP圖B.3通過塔架與扇區(qū)地形任一點連接平面與水平面之間的最大傾角

附錄C（規(guī)范性附錄）測風塔安裝規(guī)范C.1一般規(guī)定C1.1選用的測風裝置應(yīng)經(jīng)過標定，且在有效期內(nèi)。C1.2測風裝置的安裝應(yīng)牢固、穩(wěn)定。C.2頂部風速計的安裝C2.1應(yīng)將風速計安裝在測風塔頂端1.5m以上，應(yīng)通過一個垂直圓管固定風速計，圓管頂端以下1.5m段的直徑應(yīng)不大于風速計，圓管垂直度不大于2o。C2.2風速計以下1.5m內(nèi)不能存在其他氣流干擾物，其他測量儀器應(yīng)至少在風速計4m以下。測風塔的任何部分都不能超過以風速計為頂端、以11倍測風塔側(cè)邊長度為底部直徑的錐面外。頂部風速計安裝示意見圖C.1。圖C.1頂部風速計安裝示意C.3側(cè)邊風速計的安裝C3.1側(cè)邊風速計應(yīng)成使用，若橫桿直徑為d，測風儀應(yīng)安裝在橫桿20d以上，推薦25d；兩風速計應(yīng)等高，相互間隙不小于2.5m且不大于4.0m。C3.2應(yīng)通過一個垂直圓管將風速計固定在橫桿上，風速計以下1.5m內(nèi)不能存在其他測量裝置且風速計4m以下不能存在其他測量儀器。C3.3除風速計垂直桿及水平橫桿外，測風塔其他部分不能超過以兩風速計水平中心點為頂端的、以11倍測風塔側(cè)邊長度為底部直徑的錐面外。側(cè)邊風速計安裝示意圖見圖C.2。C3.4橫桿應(yīng)于測風塔同心安裝，兩風速計的相互影響應(yīng)進行評估。圖C.2側(cè)邊風速計安裝示意C.4風向儀宜安裝在風速計以下4~10m范圍內(nèi)，但應(yīng)在輪轂高度的10%以內(nèi)，風向儀與橫桿的垂直距離要在橫桿直徑的10倍以上，風向儀所在測量扇區(qū)造成的氣流畸變應(yīng)最小。且不能在C2.2、C3.3規(guī)定的半錐外。C.5溫濕度和壓力傳感器應(yīng)安裝在風速計4m以下，且應(yīng)在輪轂高度10m以內(nèi)，不能在C2.2、C3.3條規(guī)定的半錐外，溫濕度傳感器應(yīng)安裝在一個百葉箱內(nèi)，壓力傳感器安裝在一個不受天氣影響的箱內(nèi)，應(yīng)確保箱體與外界通風良好，不受箱子周圍壓力干擾影響。附錄D（規(guī)范性附錄）湍流規(guī)格化功率曲線方法D.1基于10min時間區(qū)間的仿真功率曲線應(yīng)將篩選后的原始采樣風速以10min為區(qū)間進行分區(qū)，求取每一個區(qū)間的平均功率仿真均值，其公式為：（D.1）式中：-表示實際測量湍流強度下，各10min時間區(qū)間段內(nèi)仿真平均功率；-表示實際測量湍流強度的風頻分布。-表示設(shè)定的零湍流功率輸出；再進行參考湍流強度的10min仿真功率曲線計算，其公式為：（D.2）式中：-表示參考湍流強度下，各10min時間區(qū)間段內(nèi)仿真平均功率；-表示以10min時間區(qū)段內(nèi)測量風速均值為數(shù)學期望、參考湍流強度為標準方差呈現(xiàn)高斯分布的風頻分布函數(shù)。D.2參考湍流強度功率規(guī)格化將在某一參考湍流強度下，湍流規(guī)格化的功率曲線為：（D.3）式中：-表示某10min實測功率的均值；-表示規(guī)格化到設(shè)定參考湍流強度下的某10min時間段內(nèi)的平均功率。D.3零湍流強度功率曲線的確定D.3.1初始零湍流強度功率曲線的確定D3.1.1定初始零湍流功率曲線切入風速以下輸出功率為0，超過額定風速的功率輸出設(shè)置為額定功率。以測量功率曲線的功率達到0.1%的額定功率所對應(yīng)的區(qū)間風速作為初始的零湍流功率曲線的切入風速。D3.1.2以測量功率曲線中功率系數(shù)最大的值作為初始的零湍流功率曲線在切入風速到額定風速之間的功率系數(shù)，且定在切入風速至額定風速之間的值為常數(shù)。D3.1.3按照標準空氣密度、功率系數(shù)、風速的三次方關(guān)系計算初始零湍流功率曲線在切入風速到額定風速之間的功率輸出。并根據(jù)額定功率、標準空氣密度、葉輪掃風面積和功率系數(shù)最大值確定額定風速。D.3.2初始零湍流強度功率曲線的調(diào)整D3.2.1假定每個10min風速區(qū)間的分布是高斯分布，對應(yīng)的湍流強度作為高斯分布的標準差、均值為高斯分布的數(shù)學期望，使用式（D.1）對初始零湍流功率曲線進行積分，得到測量風速區(qū)間平均值對應(yīng)的仿真功率曲線。D3.2.2調(diào)整零湍流功率曲線的切入風速，額定功率和最大功率系數(shù)，使得仿真功率曲線的最大功率與測量功率曲線的最大功率相差不超過0.1%，仿真功率曲線的切入風速與測量功率曲線的切入風速相差不超過0.5m/s，仿真功率曲線的最大功率系數(shù)與測量功率曲線的最大功率系數(shù)相差不超過0.01。D.3.2.3零湍流功率曲線的調(diào)整過程如圖D.1所示。圖D.1零湍流功率曲線的調(diào)整過程D.3.3最終零湍流強度功率曲線的確定使用調(diào)整后的零湍流功率曲線對每10min的測量數(shù)據(jù)利用式（D.1）進行積分。然后假設(shè)湍流強度為0，調(diào)整各10min風速區(qū)間的風速分布，再次對10min的測量原始數(shù)據(jù)利用式（D.1）進行積分。利用式（D.2）得到零湍流功率曲線的10min原始數(shù)據(jù)，按照區(qū)間平均的方法處理這些10min原始數(shù)據(jù)，得到最終的零湍流功率曲線。目??次前??言 II1范圍 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14一般規(guī)定 24.1風力發(fā)電機組 24.2測量裝置 24.3場地評估與標定 45數(shù)據(jù)采集與處理 45.1數(shù)據(jù)采集 45.2數(shù)據(jù)篩選 45.3數(shù)據(jù)修正 45.4數(shù)據(jù)庫 56驗證功率曲線生成與湍流修正 56.1驗證功率曲線生成 66.2驗證功率曲線湍流修正 66.3不確定度分析 67功率曲線驗證 68驗證報告 68.1風力發(fā)電機組 68.2場地評估與測量扇區(qū) 68.3測量裝置與安裝 68.4數(shù)據(jù)采集與處理 68.5驗證功