秦睿;董开松;李臻;沈渭程;杨萍
【摘 要】风电场地形是影响风电机组功率运行特性指标最主要的因素之一.为更好地研究风电场地形与风电机组功率特性及其测试结果之间的关系,开发出风电机组性能检测试验场地地形测绘评估系统.选定某风电机组安装场地为试验场,演示说明该评估系统的原始数据转换、地形变化参数计算及地形图绘制与修正等功能的实际应用,并通过对现场数据的分析及研究,评估安装场地地形对风电机组功率特性的影响.该研究结果为风电场规划设计的后评估和电网对风电机组运行特性准确调度提供了重要的参考依据.%Wind farm terrains are one of the major factors affecting the performance of wind turbine generators. For the sake of a better understanding of the relationship between the terrains and the generator performance, an evaluation system is developed. With a given wind farm as the test site, the functionalities of the evaluation system, such as primary data interpretation and calculation, terrain surveying and mapping, are demonstrated. Through the analysis of the test data, the impacts of the terrain on the performance of the wind turbine generators mounted are evalu ated, which could provide an important reference for post-evaluation of wind farm planning as well as accurate operation scheduling of wind turbine generators.
【期刊名称】udiab《中国电力》
【年(卷),期】2012(045)011
【总页数】4页(P78-81)
【关键词】风电场;地形;评估系统;运行特性
【作 者】秦睿;董开松;李臻;沈渭程;杨萍
/api/v3/search?p=1&t=all&q= 摘要【作者单位】甘肃电力科学研究院,甘肃兰州730050;甘肃电力科学研究院,甘肃兰州730050;甘肃电力科学研究院,甘肃兰州730050;甘肃电力科学研究院,甘肃兰州730050;甘肃电力科学研究院,甘肃兰州730050
【正文语种】中 文
japanese tecther2【中图分类】TM614
0 引言
功率特性测试是风电机组准入制度必不可少的一个环节[1-4]，对风电机组进行功率特性测试时，风电机组安装处风速测量的准确性是非常重要的。通常，在风电机组附近要设立气象桅杆以确定风电机组的风速，尽管气象桅杆和风电机组这2处的风速是互相关联的，但因场地地形变化，再加上气流畸变会导致气象桅杆处和风电机组处的风速不同，从而对风电机组的功率特性测量会有严重的影响[5-7]。尤其是若风电机组及风电场运行特性设计数据与安装场地测量的实际数据出现偏差，说明设备的选型不合适，其性能不能满足《风电场接入电力系统技术规定》的要求，会成为电网安全稳定运行的极大隐患[8-10]。
为此，根据国际电工委员会颁布的IEC61400-12-1标准以及相关研究成果[11-13]，开发出风电机组性能检测试验场地地形测绘评估系统，具体应用时可选定风电场任一台风电机组安装场地作为试验场地。该评估系统，其测量扇区以风电机组为坐标圆点，运用试验场地地形图绘制方法及试验场地地形评估参数的计算结果，对试验场地地形进行评估，校核风电场设计出力，进而掌握单个及大规模风电场出力特性。其研究结果有助于调度控制中心在电网调峰期间应对风电机组负荷的突升和突降，制定准确的调峰预案。
exosip1 风电机组安装场地地形选择要求
国际电工委员会颁布的IEC61400-12-1标准规定了风电机组安装场地必须满足的地形特征（见表1，H为风电机组的轮毂高度；D为风电机组的叶轮直径；L为风电机组和气象桅杆之间的距离；H、D、L单位均为m）。若安装场地不满足要求，则需要依据文献[14-16]中的气流模型计算方法对场地进行标定，以便进行后续的测量数据换算及修正处理。此外，气流模型也需要通过典型安装测试场地进行验证，若气流模型显示测量扇区内当风速为10 m/s时风速计位置的风速与风电机组轮毂位置的风速差异小于1%，则不需要进行场地标定；否则应进行场地标定。
表1 风电机组安装场地地形变化要求Tab.1 Requirements of terrain changes of test site注：1）与扇区地形最吻合，通过塔架基础平面的最大倾角斜率；2）连接塔架的基础和扇区内的每个地形点的直线最大倾角斜率。
2 评估系统基本原理
该地形测绘评估系统将地形测量原理、地形测量技术、地形测量数据转换原理、数据处理
软件、图形绘制软件和风电机组性能试验规程有效地融合起来，完成测量扇区内的测量数据的处理工作，并根据规程要求完成测量扇区内的数据计算[17-19]。该系统还能用于风能资源普查及施工期间的地形勘探，不但可以做平面分析，还可以根据要求生成三维图形。
2.1 原始数据类型的转换
该评估系统中的原始数据类型转换方法，是将典型地形测量的实测数据或其他数据（如水平角、垂直角和视距等），录入到评估系统内，并进行三角计算，即转换为X、Y、Z三维空间坐标值，计算完成后导入软件AutoCAD中，进行绘图，如图1所示。图1中粗实线内为安装场地地形实测区域，WTGS为风电机组。
2.2 地形变化的参数计算
（1）根据原始测量数据的处理结果和绘制的地形图，计算风电机组安装场地的评估参数，即计算扇区地平面上最大地形变化值和最大坡度比值。
（2）将三维坐标数据导入评估系统，利用Matlab对数据进行合理步长的内插值运算，并根据不同比例尺的要求对内插后的高程值（Z高）进行自动分析修约处理。触摸调光ic
（3）根据前文2.1中原始数据类型的转换方法，完成从原始数据到绘图数据的转换，其中绘图数据包括等高线数据、测站点数据和地形点（包括地物点）数据。
（4）将三维坐标数据导入评估系统进行特征值计算，导出步骤（1）中的试验场地评估参数，如图2所示，L取D的2.5倍。
当安装场地扇区地平面上最大地形变化值和最大坡度比值满足图2所示的各个扇形区域规定范围时，风电机组性能（功率特性、有功控制能力等）检测试验才可以进行，否则要对测试扇区进行标定后才能进行风电机组性能检测试验。
2.3 地形图的绘制和修正
将绘图数据导入AutoCAD软件，由软件自动进行地形图的绘制，形成初步的风电机组安装场地地形图，包括等高线、测站点坐标和地形点（包括地物点）坐标，并精确表示出测量扇区的地形变化、其他风力发电机组及障碍物（如建筑物、树林）等实际情况。根据实际地形特点，技术人员可以运用评估系统人机交互模式，对地形图进行人为处理，生成可供安装场地评估用的地形图。同时，还能根据风电场已有的风机布置图对风电场地形进行校核。
2.4 风电机组安装场地的评估
该评估系统利用多种常用软件作为工具，实现风电机组性能检测安装场地地形评估工作。利用的软件主要是Matlab和AutoCAD，其中，Matlab的作用是对数据的分析处理和完成安装场地的评估，AutoCAD的作用是根据Matlab处理后的数据进行绘图以及对地形图的人为处理。风电机组安装场地评估流程如图3所示。
风电机组安装场地评估对象主要包括：安装场地最大坡度比值、地平面最大地形变化值及其他风力发电机和障碍物的布置情况。其中，最大坡度比值和地平面最大地形变化值的计算主要通过Matlab对三维数据特征值的运算得到，其他风力发电机和测试扇区内障碍物的分布情况及其对所测风机的影响也可通过地形图了解。如果评估未通过，则需对安装场地进行标定，或用三维流模型对安装场地进行分析。
3 工程实例
以某风电场安装场地为例，验证风电机组性能检测试验场地地形测绘评估系统的有效性。
（1）了解风电场地形、风机布置和风向等信息，收集施工期风机布置图、风机坐标信息及
气象测风杆安装位置等相关资料。
（2）根据 （1）中的信息，结合现场勘察在风电场到2台比较适合做特性测试的风电机组。以被测风电机组为圆心，依据工程测量规范要求，在试验场地内利用水准仪和经纬仪设置12个测点，对安装场地地形进行测绘。
（3）将测绘数据录入评估系统进行处理，如前文所述方法，完成地形图绘制。
（4）利用评估系统对安装场地地形测量所得的数据进行处理、绘图及评估，形成三维坐标数据后绘制成地形图，如图4所示。从图4中可知，通过塔基的最大坡度比值为0.01 mm,小于规范要求的0.10 mm；安装场地平面最大变化值为6 m，小于规范要求的20.50 m。
根据基础数据，结合表1中试验场地的标准要求，计算分析安装场地地形评估参数，如表2所示，安装场地内其他风力发电机组和障碍物的分布情况都满足规范要求。
由表2和图4所反映的信息可准确说明安装场地地形情况是否满足风电机组性能（功率特性、有功控制能力等）检测试验要求。
图5为该评估系统生成的三维立体图，不仅使观看效果更加形象，也为评估未通过的安装场地的标定工作提供了软件二次开发环境。
表2 安装场地地形评估参数比对Tab.2 Evaluation parameter comparison of test site terrain注：安装场地测试范围半径（8L）：1540 m；风轮直径（D）：77 m；轮毂高度（H）：60 m。
从测绘图和评估结果可以看出，所选择的安装场地地形条件满足风电机组测试规程的要求并通过评估，可开展风电机组后续性能（功率特性、有功控制能力等）的检测试验。
4 结语
出线间隔风电机组性能检测试验场地地形测绘评估系统解决了风电场风机性能试验与安装场地的评估问题，该评估系统研究成果有助于解决以下几点问题：复杂地形上风电机组功率特性的校验；不同厂商生产的风速计的性能分析；试验场地的标定；利用机舱风速计进行风电机组功率特性校验和风电场功率特性测试，为后期风电场风电机组性能检测提供了参考依据。
参考文献：
[1]范高锋,裴哲义,辛耀中.风电功率预测的发展现状与展望[J].中国电力，2011，44（6）：38－41.FAN Gao-feng,PEI Zhe-yi,XIN Yao-zhong.Wind power prediction achievement and prospect[J].Electric Power,2011,44(6)：38-41.
[2]尹明，葛旭波，王成山，等.我国风电大规模开发相关问题探讨[J].中国电力，2010，43（3）：59－62.YIN Ming,GE Xu-bo,WANG Cheng-shan,et al.Analysis of issues about China′s large-scale wind power development[J].Electric Power,2010,43(3)：59-62.
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