风速对风电机组发电量的影响研究

风速对风电机组发电量的影响研究

王德华 王浩

山东中实易通集团有限公司 山东 250000

摘要：风能是一种绝对清洁的能源，现已成功被应用于电机发电环节中。通过风能进行发电量的过程中，对工作效率影响最大的因素就是风速。风力发电机主要有风轮和发电机组成。风轮中的叶片随风力而旋转，来使带电导线在磁场中切割磁感应线的操作，从而产生了感应电流，并将电流呈递给发电机来进行电能的输出操作。随着大型风力发电设备制造水平的不断提高，风电机组的应用已趋于平稳，但人们对于用电的需求量却是日益加大，所以提升风电机组的工作效率是现在研究的重点课题。
关键词：风速；风电机组；发电量；工作效率
前言：针对某型号的风电机组发电量不足的现象，提出了风速对风电机组发电量的影响研究这一课题。通过实验采集的数据，探究不同风速对风电机组发电量的工作效率和稳定性的影响。得出风速不足会使风电机组因工作效率过低而造成了发电量不足；风速过大则会降低风电机组工作的稳定性，导致工作中时常发生故障，进而也造成了发电量不足的现象。根据多组实验，最终得到将风速控制在10.5～11.5m/s时，风电机组的发电量达到最大值。
1、风速对风电机组发电量的影响研究
　　1.1 风速对风电机组发电量功率的影响
　　风速平均值通常分为三大类，首先是低风速平均值，其风速平均值范围为l～4m/s;然后是中风速平均值，其风速平均值范围为4～12m/s;最后是高风速平均值，其范围为12～18m/s。下面通过HT25P型号的风电机组来检测不同风速对风电机组功率的影响情况。
　　在风速较低时，风电机组的转速处于较低水平，此时平均功率维持在100～200kW之间，发电效率处于较低水平，风电机组的发电能力体现较弱。当风速提高到10m/s以上时，风电机组的转速大幅提升，达到1600rpm以上，平均功率直线上升，实现了500kW以上的输出。
　　从上面数据中可以清楚地看出，风电机组的工作效率与风速呈一定比例的线性关系，风速越快风电机组的输出功率越高，在10m/s的中等风速时，发电效率得以较佳体现。如果风速不足会造成风电机组的工作功率，进而严重影响了风电机组的发电量。所以要想使风电机组正常的进行工作，就必须保证10.5m/s以上的风速。
　　1.2 風速对风电机组发电量稳定性的影响
　　常理来讲风速越大，叶片运动的就越剧烈，产生的电流就会越多。那么是不是只要随着风速的增大，风电机组的发电量就会不限制地增大。对此问题我们通过HT25P型号的风电机组来探究风电机组工作时的稳定性情况，其结果如下。
　　在风速在理想的10m/s时，虽然大部分风电机组都保持了500kW的发电输出水平，但是也存在只有100kW的情况。主要原因是风电机组的故障所致。当风速达到13m/s以上时，风电机组的发电输出出现较大波动，平均功率出现200kW的低谷和500kW的低水平，其原因也是机组故障导致。此种风速下，机组的故障率明显增高。当风速提高到15m/s以上时，风电机组的发电效率出现更为严重的波动，只有少部分维持正常发电水平，大部分的机组出现远低于设计水平的发电输出现象，其原因也是由于机组故障导致。
　　根据以上的实验数据，可以看出虽然随着风速的增加，风电机组的工作效率随之增强，但风速越高，电机中出现故障（功率明显等于正常值）的次数就越多。在平均速度为11.5m/s时出现故障的概率为1/7;在平均速度为13.5m/s是出现故障的概率为1/3;在平均速度为15.5m/s是出现故障的概率为3/4。由此可见，风速过大会导致风电机组工作故障的频繁发生。所以高风速下的风电机组不能得到更大的发电量。因此要想得到风电机组的最大发电量，应该将风速保证在10.5～11.5m/s范围内。

2、风电机组控制策略

目前我国的主要风电机组制造厂商在对风电机组的控制策略进行选择时，通常是按照风电场平均空气密度来进行确定的，此种控制策略比较单一，而且没有对不同空气密度对风电机组输出功率的影响进行考虑。而且由于我国地域比较辽阔，在不同的地形环境的地区空气密度也会发生较大的变化，而且同一地区的空气密度也会随着时间的变化空气密度也会有所不同，这就直接会导致风电机组的输出功率无法达到厂家设计的最佳输出功率数值。因此，在风电机组制造商对其控制策略进行确定时，应该按照使用地区全年空气密度的变化情况来对此因素对风电机组功率的影响进行分析，然后对风电机组控制策略进行调整和优化，确保风电机组运行中能够更好地进行风能的捕捉。

在风电机组中，其控制系统就是通过对控制器的设计来进行与风电机组运行相匹配的控制策略的选择和确定，确保所选择的控制策略可以保证风电机组在不同的风况之下都能获得最佳的功率输出并保证上述运行过程的稳定性。也就是说，风电机组的控制策略就是对风电机组根据功率-转速-转矩平面坐标关系达到稳态理想功率曲线的过程进行描述，也就是在风电机组运行范围之内，每个风速下的转矩和转子速度保持稳定的问题。风电机组在运行过程中，想要获得最大的输出功率P，就需要转矩处于最佳转矩T的状态之下，只要风电机组运行中的转矩偏离最佳转矩，就会出现无法达到最大输出功率的状况。

结语：本文通过分析风速对某型号电动机组的影响研究，发现了该电动机组的发电量并不仅仅随着风速的加大而增长，而且随着风速的增大而升高了故障的概率。因此为了提高风电机组的发电量，要将风速控制在指定的范围内。
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