风速对风电机组发电量的影响研究
来源:用户上传
作者:陈志强
摘 要：针对HT25P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。
关键词：风速 风电机组 发电量 工作效率
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[1]。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[2]。风力发电机主要有风轮和发电机组成[3]。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[4]。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。
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[5]。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 结语
本文通过分析风速对HT25P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。
参考文献
[1] 于建国，边辉，李强，等. 国华永发风电场风电机组控制策略优化及变频器升级应用[J].中国电机工程学报，2019，39（23）：6964-6970，7109.
[2] 杨微，王叶，兰涌森，等.降低超设计标准湍流强度下机组运行载荷的转速转矩控制方法[J].船舶工程，2019，41（S1）：364-368.
[3] 段春艳，冯泽君，连佳生，等.光伏电站运维机器人的结构设计与控制功能优化[J].通信电源技术，2019，36（2）：1-4+7.
[4] 贾锋，蔡旭，李征，等.提高风电机组发电量的转矩–变桨协调控制策略[J].中国电机工程学报，2017，37（19）：5622-5632，5839.
[5] 董燕，廖雪松，雷春宇，等.基于空气密度提升发电量的风力发电机组自适应技术[J].船舶工程，2019，41（S1）：337-340.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15273504.htm
