文：符鹏程、蔡继峰、杨洪源
作者单位：鉴衡认证中心
1、引言
在一文中强调：测试功率曲线本身的不确定度，以及测试与实际应用风电场环境条件的差别，会对风电场发电量估算带来不可忽视的偏差，因此不宜直接使用测试功率曲线进行风电场发电量估算。
由于动态功率曲线才能确切的反映机组在不同实际环境条件下的发电性能，可以针对不同的坝址环境条件，给出针对性的功率曲线。因此，使用动态功率曲线进行发电量计算是目前较为科学的做法。但怎样正确的获取动态功率曲线，业内并未达成共识，部分动态功率曲线的获取方法亦存在不合理的地方。
鉴于此，本文将通过剖析影响动态功率曲线估算的主要诱因，结合实际比对结果，给出更为合理的动态功率曲线获取方法。
2、动态功率曲线影响诱因剖析
动态功率曲线需通过仿真估算获取，因此机组的仿真模型能够确切的反映机组特点、仿真工况设置能够确切的模拟外界环境条件，直接影响了动态功率曲线估算的准确性。本节将针对这两个诱因进行剖析，以给出这两个诱因会对功率曲线估算带来的影响大小。
2.1仿真模型
用来估算动态功率曲线的仿真模型，是在计算机中构建的与实际机组相对应的数字模型，其包含实际机组的基础、塔架、机舱、轮毂、叶片、传动、电气、控制和损失等一系列详尽信息。
仿真模型构建后，将使用对应的物理和数学工具，得到理论上非常迫近实际的仿真估算结果。国内现阶段采用的仿真软件主要有、Flex5、Hawc2，其中的使用最为普遍。
仿真模型应尽可能确切的反映实际机组的特点，并通过与实际机组的测试比对进行验证。如果仿真模型中存在不合理的参数假设，将会对动态功率曲线估算带来不可忽视的影响。
2.1.1.仿真估算模型影响诱因
影响动态功率曲线估算的模型参数比较多，主要有茎秆气动特点、控制策略、叶片安装角、转速扭矩表、机组损失等。
叶片气动特点直接关系到风轮的能量借助系数——Cp，一般而言，正常发电下的茎秆气动参数会通过风洞试验得到，但那些参数是在茎秆表面干净的情况下测得的，实际使用中茎秆表面会由于污损（如：灰尘、磨蚀等）带来茎秆气动特点的变化，从而影响发电量的估算。
控制策略作为风力发电机组的灵魂，直接影响到机组在不同环境下的动态响应，进而影响机组的发电功率。在功率曲线估算时，应通过对实际机组的测试对比，确保仿真估算使用的控制策略在不同环境条件下的动态响应和实际机组尽可能乃至完全一致。
叶片安装角、转速扭矩表，一般会根据现场的环境条件（如：空气密度等），进行调整风电功率预测方法，以期获得机组最大的Cp，应明晰给出这两个诱因根据不同环境条件调整的规则，并和实际机组进行查证，保证仿真估算和实际一致。
机组的损失，直接影响了机组最终的上网电量，主要有机械损失和电气损失两种。其中机械损失主要是齿轮箱传动中形成的损失。电气损失是风力发电机组本身的电功率损失，包含发电机损失、变频器损失、电缆损失、自耗电等。这些损失应根据各部件的测试结果及有效推测综合给出风电功率预测方法，具备条件的应在实际机组上进行整体测试。目前行业上对机组损失的考虑内容、推算方式并不统一。即使相仿的机组，损失也相差较大，如图1所示为不同厂商2MW系列机组电气损失假设比对情况。
可以看出，不同厂商在额定功率附近仅电气损失假设差别就可能达到200kW以上。
综上，用于动态功率曲线估算的仿真模型，需要构建一套相对完备的动态功率曲线仿真模型校核方式，在合理的基础上统一模型参数的处理规则，从而有效确保仿真模型才能尽可能确切的反映实际机组的特点。
2.1.2.仿真模型影响算例剖析
本文按上述原则构建了仿真模型的校核方式，为直观的表征仿真估算模型对发电量带来的影响，我们选用某2MW机组仿真模型，对校核前后估算出的功率曲线和发电量进行比对，如下图：
以场址年平均风速分别为6m/s、7.5m/s时的累计发电量和差别比率进行对比剖析，见表1。可以看出，在该算例下，仿真估算模型的差别会对发电量带来较大影响，约6%。
2.1.3小结
本节简单介绍了仿真模型的实现方法，分析了仿真模型的主要影响诱因，给出了仿真模型校核方式，并通过算例给出了仿真模型可能对发电量估算带来的影响，该影响与仿真模型的合理程度有关，模型越不合理，影响越大。
2.2仿真工况
仿真工况是机组的工作状态和外部环境条件的组合，将尽可能的还原机组的运行条件。仿真软件将使用早已构建好并通过校核的仿真估算模型，计算各个工况下的结果，具体包括输出功率、载荷、机组状态等一系列结果数据，本文主要关注输出功率。
目前，行业上对动态功率曲线估算使用的仿真工况设置规则并不统一，部分仿真工况的设置亦存在不合理之处，不同仿真工况的设置会给功率曲线估算带来不可忽视的影响。
2.2.1. 仿真工况影响诱因
依据-1：2005标准，动态功率曲线仿真时机组的工作状态应采用正常运行状态（DLC1.2工况）。影响风力发电机组功率曲线的外部环境条件，在《风电场发电量估算功率曲线选择方式之一——测试功率曲线不宜直接使用》中强调，主要有空气密度、湍流度、风剪切、入流角以及偏航角等诱因。其中空气密度、湍流度、风剪切、入流角应根据待开发坝址的环境条件进行各个风速下的设置，偏航角不应直接采用-1：2005的推荐值±8°，而应根据机组的实际偏航对风策略以及型式测试结果进行设置。
为保证估算结果的精度和收敛性，在仿真工况设置时，还要考虑风速的步长以及紊流风样本的随机性。风速的步长通常参考-12-1：2005标准选定0.5m/s。湍流风样本的随机性，意味着须要仿真一定数目的样本，才能使结果具有足够的代表性，符合实际情况，但样本数过大又会导致估算时间加长。
对于DLC1.2工况的荷载估算，-1：2005标准要求起码使用6个10min紊流风样本。目前国外在估算动态功率曲线时一般也参考该要求进行，但对于动态功率曲线估算样本数是否足够还需进一步研究。
图3给出了某典型机组在不同紊流风样本数下的输出功率估算结果。
由图3可知，该机组在10m/s的动态功率收敛结果约为左右，而假如只用6个风种子进行估算，其估算得到的动态功率从~均有可能，相差40kW，若各个风速均累积该40kW的功率偏差，则会对最终的发电量估算带来不容忽略的偏差。因此，只采用6个10min紊流风样本进行动态功率曲线估算并不能满足要求。
综上，用于动态功率曲线估算的仿真工况，需要构建一套相对完备的动态功率曲线仿真工况设置规则，在合理的基础上统一仿真工况的处理规则，从而有效确保仿真工况才能尽可能真实的反映机组工作状态和外部环境条件。
2.2.2仿真工况设置影响算例剖析
同样，本文按上述原则构建了仿真工况的设置规则，选用经过校核的某2MW机组仿真模型，与目前行业常规工况设置方式进行功率曲线和发电量的比对，如下图：
以场址年平均风速分别为6m/s、7.5m/s时的累计发电量和差别比率进行对比剖析，见表2。可以看出，在该案列下，仿真工况对发电量会带来较大影响，约3.5%。
2.2.3 小结
仿真工况的设置，应确保在统一且合理的规则下进行，以减低发电量估算时的偏差。目前行业常规的仿真工况设置可能会给发电量估算带来约3.5%的差别。
3、实测功率曲线案例比对
为确定针对动态功率曲线估算构建的已相对完备的仿真模型参数处理规则和仿真工况设置规则的有效性，我们将使用某个特定坝址环境条件下的机组实测功率曲线与使用该规则估算出的该特定坝址环境条件下的动态功率曲线进行比对。由于测试功率曲线本身也存在一定不确定度，为了尽量减少其影响，使比对结果具有挺好的说明意义，在比对中我们选购了测试不确定相对较小（额定前不确定度越6%，额定后不确定度约1%）的一个样本。功率曲线比对结果如图5所示。
以场址年平均风速分别为6m/s、7.5m/s时的累计发电量和差别比率进行对比剖析，见表3。可以看出，在该特定坝址环境条件下，采用推荐方式（CGC估算方式）计算得到的动态功率曲线发电量估算结果和按照实测功率曲线估算的发电量估算结果非常接近，误差约1%。误差相对较低。
4、总结与建议
本文对仿真模型的构建和仿真工况的设置进行了全面剖析和算例比对。通过对某机组在某特定坝址环境条件下的实测功率曲线与使用本文方式仿真估算的动态功率曲线进行比对，验证了采用本文方式获取的动态功率曲线的有效性。因此，该方式可针对不同坝址环境条件，给出合理有效的动态功率曲线，用于相应项目的发电量估算。
在本文的剖析中也发觉，仿真模型的确定和仿真工况的设置对动态功率曲线的影响至关重要。不合理的仿真模型和仿真工况设置，将会对估算结果带来不可忽略的影响。建议：
（1）计算动态功率曲线之前，应首先对机组的仿真模型进行有效的校核，以确保其才能尽可能确切地反映实际机组的特点。
（2）仿真工况的设置，应该在统一且合理的规则下进行，以减低发电量估算时的偏差。