CleanEnergy电网与清洁能源2012年6月PowerSystemandCleanEnergyV01．28

CleanEnergy电网与清洁能源2012年6月PowerSystemandCleanEnergyV01．28No．6Jun．2012文章编号：1674-3814(2012)06-0088-03中图分类号：TK89山东电力工程咨询院有限公司，山东济南250013)文献标志码：AStudyWindShearExponentsWindFarmsMAHui—qun，QUNing，LIChao，WANGShou—fengShandongElectriPowerEngineeringConsultingCorp．LTD．，Jirmn250013，Sbandong,China)Abstract：Thipaperpresentsasystematicstudywindshearexponentsdifferentmonths，hoursmadwindspeeds，andcompareshewindresourceshubheightdifferentwindshearexponents．Thecomprehensivewindshearexponentcalculationofwindspeedhehubheight．Keywords：windshearexponent；windspeed；windre$OUl摘要：根据山东某风电场实测资料．对风电场逐月、逐时、不同风速下的风切变指数进行研究并探究风切变指数不同取值对风电场轮毂高度处风资源的影响。

在分析轮毂高度风资源时．建议采用高差较小的高度处风速根据综合风切变指数进行推导。关键词：风切变指数；风速；风资源近年来风切变指数计算，风能开发与利用备受世界各国重视。在风电场可行性研究中需要根据风机轮毂高度处风速、风向来计算风电机组的发电量，但实际测风中风速仪的高度并不一定能满足风机安装要求[21。例如：内陆山区测风塔一般高度为70m，而有的地方风机选型时选择80m的风机。此时，便需要利用风切变指数推算近地层任意高度的风速。本文以山东某测风塔实测数据为例来分析风切变指数的变化．对风切变指数进行了深入的研究。1风切变指数在中性大气层结下．对数和幂指数方程都可以基金项目：国家核电2011年员丁自主创新课题(SNP—K1-CX一2012-7)SupportedbySNTPCEmployees’Self-InnovationPmjeets(SNP-KJ-CX-2012-较好地描述风速的垂直廓线M。在国标GB／T18710-2002{风电场风能资源评估方法》Iq中推荐幂指数方程．垂直风廓线幂指数公式的表达式为：速，m／s；“为风切变指数。2计算实例2．1数据来源选用山东海边一座测风塔数据．本测风塔分别在70Ill、60m、50m、40m、10m高度各安装了一个风速仪．通过分析、处理、替换整理出一整年的风速数据嘲2．2风电场年综合风切变指数通过计算，各个高度处全年平均风速见表1。

测风塔不同高度平均风速Tab．1、、’indspeedsdifferentheightswindtower10平均风速，go)6．466．346．145．904，83通过拟合．得到风电场年综合风切变指数为0．1492．3年际风切变指数变化计算测风塔逐月各个高度的风速平均值．然后拟合风切变指数，见图2。寻找平均风速与风切变指的相关关系，见图3。由陶2可知．本测风塔8月份和9月份风切变指较小．均在0．07左右．而2月份和3月份风切变指电网与清洁能源CleanEnergy风电场综合风切变指数图Fig．1Colllprehen蚶vcwindshearexponentol_windpower图2逐月风切变指数及风速图Fig．2Monthl)windshearexponenbandindspeeds图3逐月风速与风切变指数相关图Fig．3Relationshimonthlywindshearexponentwindspeed大，均在0．4左右。风速与风切变指数具有一定的相关性，随着风速的增加，其风切变指数也有增加的趋势。4日风切变指数变化计算测风塔逐时各个高度的风速平均值，然后拟合风切变指数，见图4。

寻找平均风速与风切变指数的相关关系．见图5。图4逐时风切变指及风速图Fig．4Hnurlywindshearexponentandwindspeed平均风速／(m图5逐时风速与风切变指数相关图Fig．5Relationshiwindshearexponentwindspeed南图可知，本测风塔15时一17时风切变指数较小，均在0．08左右，而5时风切变指数较大，在0．25左右。随着风速的增加，其风切变指数也有增加的趋势，但其相关性较差，相关系数仅在0．368左右。5不同风速条件下风切变指数变化计算70m处不同风速条件下风切变指数变化，在本研究中，用整数风速代表上下各0．5m／s的风速范围，例如：5m／s代表这个区间范围，然后拟合风切变指数．计算平均风速与风切变指数的相关关系，见图6。图6不同风速与风切变指数相关图Fil．6Relationshiwindshearexponentwindspeed由图可见，本风电场最大风切变指数出现在10m／s处。为0．3402：用二次抛物线方程对风速与风切变指数进行拟合，拟合相关系数大于0．9。相关性较好。为进一步研究风速与风切变的关系，将风速划分区间进一步缩小。

以0．1m／s为单元，计算不同风速下风切变指数，其结果见图7。由图可见．本风电场风切变指数在10m／s～lm／s的风速下随机性较大，误差也较大，风速与高度相关性较差，因此，在本研究中将其省略。本风电场中．风速区间在4m／s～12m／s之间的风图7不同风速与风切变指数相关图(O．1m／s)Fig．7Relationshiwindshearexponentandwindspeed11．1m／s)切变指数大于风电场综合风切变指数，其余小于风电场综合风切变指数。风机切入风速一般为3m／s．定额风速一般为11m／s，切入风速一般为25m／s。也就是说在切人风速与定额风速之间的风速，其风切变指数均大丁风电场综合风切变指数，提高风电场发电量。2．6风切变指数对轮毂高度处风资源的影响由上面的分析日，知，风电场风切变指数随着风速不同变化较大，那么在风资源评估中怎么选取呢?本文选择轮毂高度为80m，分别根据70m和10m处的逐时风速时风切变指数和综合风切变指数计算年平均风速和风功率密度，见表2。表2不同方法计算轮毂高度处年平均风速与风功率密度Tab．2Windresourceshuhheightusingdifierentmethods由表可知，采用逐时风切变指数推导的年平均风速与年平均风功率密度几乎一致，而采用10m处 风速综合风切变指数推导的风速与其他几乎一致． 但风功率密度则较大。

分析原冈，10m和80m高差较 大，vJvl ．8，且12 m／s以上的风速风切变指数小于风 电场综合风切变指数。因此，采用综合风切变指数计 算的风速必然比采用逐时风切变指数计算的风速 大风切变指数计算，风功率密度为风速的3次方，也就是说风功率密 度增加的更多，从而提高r风电场年平均风功率密度， 南于采用综合风切变指数推导结果与逐时风 切变指 推导结果近似，凶此，建议采用70m处风 综合风切变指推导80[ 计算结果满足T程要求且方法汁算较为简单，为最优选择。 3结论 采用Ll J东某风电场测风塔数据．系统地分析J， 风切变指数的变化规律。 逐月风切变指数并不一致，本风电场逐月风速在4．2 m／s～7．9 m／s之间．风切变指数在0．07～0．4之 间。风速与风切变指数具有一定的相关性。相关系 数为0．77。 逐时风切变指数亦不相同，本风电场逐时风速在5．8 m／s。6．8 m／s之间．风切变指数在0．08～0．25 之间。由于风速区间较小．因此，风速与风切变指数 的相关性较差。 本风电场风速与风切变指数采用二次多项式进行拟合结果较好，相关系数为0．9 1。10m／s风速处风 切变指数最大，向两侧递减．右侧减小幅度较大。

在分析轮毂高度风资源时，建议采用高差较小的高度处风速根据综合风切变指数进行推导。 参考文献 11王颖，魏云军．风电场风速及风功率预测方法研究综述明．陕西电力，2011(1) ：19—21． WANGYing，WEI Yun-j uh' ．Review forecastingmodel wind speed wind power[ ，ShaanxiElect ric Power， 2011( 1)：19-21(i Chinese) f2】刘磊，石可重，杨科，等．风切变对风力机气动载荷的影响【J】工程热物理学报，2010，31( 10)：1667—1670． Lei，SHI Ke—zhong，YANGKe，et a1．effect wind share heaerodynamic load wind urhine[ J1．Journal Engineering7l' hermophysies ，2010，3l(10) ：1667—1670 Chinese) 【313杜燕军，冯长青．风切变指数在风电场风资源评估中的 应用【J 】．电网与清洁能源，2010，26( ：62—66．DUYan- un，FENGChang-qing．Appl icat ion windshear index windrecourses windfan．O] PowerSystemand Clean Energy，2010，26(5)：62- 66(i Chinese) 【4J吴永忠，王炊炊，风切变时大自：径风力机风轮输I 影响的初探【J1能源T程，201l ：33—25．WU Yong—z hong．WANGHuan- huan．Preli mi nary analysi effect wind shear outputpower argedi amete (下转第ur Clean Energy 陈波。

等：新能源发电与电能质量问题浅析 V01．28 No．6 4结语 风能和太阳能等 新能源属于可再生能源，具备 最低的碳排放水平。是对环境友好的能源，新能源 发电具备良好的发展前景。但是在发展大型并网风 电场和太阳能光伏发电场的同时也应注意其对电 能质量的影响，因为良好的电能质量对于保障电力 系统安全，经济稳定运行。减少不必要的发热损耗， 提高能源转换和输配的效率，实现高效清洁发电和 安全供应。具有非常重要的意义。 参考文献 【1】中新社．中国能源发展报告1R] 2006-2009) (2001-2007) 【3】中国投资咨询网，中国风力发电行业分析及投资咨询报告【R】．2008． 【41张红光，张粒子，陈树勇，等．大容量风电场接人电网的 暂态稳定特性和调度对策研究忉．中国电机工程学报， 2007，27( 31)：45- 51． ZHANG Hong-guang。ZHANGLi—zi，CHENShu-youg，et a1．St udies ransient behavior dispatchingstrat egy powersystemint egrat ed argescal wind farms们．Proceedi ngs heCSEE，2007，27( 31)：45—51 nChinese) 【5】戴慧珠，王伟胜，迟永宁．风电场接入电力系统研究的新进展吣．电网技术，2007，31( 20)：16—23． DAI Hui-z hu，WANGWei -sheng，CHI Yong—ning．Recent wind power ntegrat china[ ．PowerSystem Technol ogy，2007，31(20)：16—23( Chinese) BREUERW，CHRISTLN，大容量陆地和海上风电场的电网接入方案阴．中国电力，2007，40( 3)：74—78． BREUERW，CHRISTLN．Grid access sol ut argescal ／offshorewind parki nst all ionstot he power酣dl El ectri Power，2007，40(3)：74- Chinese) 【7】马昕霞，宋明中，李永光，风力发电并网技术及其对电能质量的影响m上海电力学院学报，2006，22(3)：283-291． MAXin-xi a，SONGMi ng- zhong，LI Yong—guang．Cutting technology effect hepower quMit windpower gener ation syst em阴．J ournal ShanghaiUni versi Elect ri Power，2006，22(3)：283-291(i Chinese) 91崔容强，赵春江，吴达成．并网型太阳能光伏发电系统[M1． 北京：化学工出版社，2007． oJ赵争鸣．太阳能光伏发电及其应用[MI ．北京：科学出版 社．2005． 【11】李世林，刘军成．电能质量国家标准应用手册[ ，北京：中国标准出版社．2007． 收稿日期：2008- 03-26。

作者简介： 陈渡(1970一)。男，助理研究员，博士，主要从事变电站驾驶 舱、智能配电、电能质量等方面的研究。 上接第87页)El ect ri Power，1996，29(12)：3-8(in Chi nese) IdUZhen-ya，SHUYin-biao．Study voltage cl ass series HVDCtransmiseion system[ CSEE，2008，28(10) Chinese)．【6】沈根才．论电网结构叨．中国电力，1996，29(12)：3-8． SHENGen- -cai ．Di scussion networkconf gumtionO] 收稿日期：2011-09—02。 作者筒介： 197＆一)，女，博士，高级工程师，主要从事电网规划、 设计工作。 ssuesabout椭l energyl$ou／' ees windturbi ne们．Energy Engineering，2011( 6)：33-25(i ndfmm[ J1．Northwest Hydropower ，2011(S1)：76—78( Chinese) Chinese) 【51中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局．GB／T18710-- 2002风电场风能资源评估方法【s】． ．风电场风能资源评估几个关键问题分析叨．西北水电，2011( S1) ：76-78． WANGHong- fang。LIU Wei，ZHENGQi ng—yao，et al， 收稿13期：2012- 01- 05。 作者简介： 男，博士研究生，研究向为水文气象。