风电场最佳风力发电机组选型的探讨风电机组的选型在风电场可研设计中具有至关重要的作用，直接影响风电场的风能利用率及其经济效益。
风电场最佳机型选择应考虑适合风电场场址的风资源条件，有利于提高风电场的发电效率。
而最终型号的选择须经多方技术经济条件比较后确定最优方案。
本文结合作者实际工作经历，从风力发电机的类型介绍入手，详细论述选择风力发电机应考虑的原则和几个重要因素，已达到充分利用风能资源，提高风能利用率的目的。
标签：风力发电机;风速;容量系数;功率曲线引言：分析风力发电机组选型的原则有四个方面：a.对质量认证体系的要求，风力发电机组选型中最重要的一个方面是质量认证;这是保证风电场机组正常运行及维护最根本的保障体系;风电机组制造必须具备IS09000系列的质量保障体系的认证;b.对机组功率曲线的要求，功率曲线是反映风力发电机组发电输出性能好坏的最主要曲线之一;c.对机组制造厂家业绩考查，业绩是评判一个风电制造企业水平的重要指标之一;d.对特定环境要求;如台风、低温等。
风力机型的选择，受气候和地形影响，各地、个高度风力资源分布极不均匀，风力资源的状况相差很大，风力机的输出功率既与所在点的风速分布特性有关，又与所选用的风力机型有关，世界各国现在己开发和使用的风力机容量从1000kW到5000kW，各参数和技术指标相差很大。
对于特定的场点特别是并网运行的大型风电场来讲，选择与该点风速分布特性最相匹配的风力发电机组以最大限度地利用风能，和产生最好的经济效益是风电场设计中首要解决的。
1.风力发电机的分类按风轮轴安装形式可分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机（1）水平轴风力发电机水平轴风力发电机是目前国内外广泛采用的一种结构型式。
主它的主要机械部件都在机舱中，如主轴、齿轮箱、发电机、液压系统及调向装置等。
对于水平轴风力发电机来说，需要风轮始终保持面向风吹来的方向。
有些水平轴风力发电机组的风轮在塔架的前面迎风旋转，称为上风向风力发电机组;而风轮在塔架后面的，则称为下风向风力发电机组。
上风向风力发电机组可以通过迎风控制装置的调节，来使风轮时刻保持面向来风方向。
而对于下风向风力发电机组来说，由于风轮旋转面会自动产生面向风向的作用力，所以多数情况下，当风向改变时，并不需要迎风控制装置，尤其是小型风力发电机组。
（2）垂直轴风力发电机顾名思义，垂直轴风力发电机是指风轮转轴于风向成直角，风轮叶片绕垂直于地面的轴旋转的风力机械，由于垂直轴风力发电机组对于任何方向的来风都可以旋转，所以不需要迎风转向装置。
我们通常见到的是达里厄型（Darrieus）和H型。
风力发电机组根据其机组功率调节方式的不同，又划分为变桨距功率调节和定桨距失速功率调节两种类型。
（3）定桨距失速调节定奖距是指桨叶与轮载的连接是固定的，桨距角固定不变，即当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化。
失速型是指桨叶翼型本身所具有的失速特性，当风速高于额定风速，气流的攻角增大到失速条件，使桨叶的表面产生涡流，效率降低，来限制发电机的功率输出。
失速调节型的优点是失速调节简单可靠，当风速变化引起的输出功率的变化只通过桨叶的被动失速调节而控制系统不作任何控制，使控制系统大为减化。
其缺点是叶片重晏大（与变桨距风机叶片比较），桨叶、轮载、塔架等部件受力较大，机组的整体效率较低。
（4）变桨距变桨距是指安装在轮载上的叶片通过控制改变其桨距角的大小。
其调节方法为：当风电机组达到运行条件时，控制系统命令调节桨距角调到45°，当转速达到一定时，再调节到0°，直到风力机达到额定转速并网发电;在运行过程中，当输出功率小于额定功率时，桨距角保持在0°位置不变，不作任何调节;当发电机输出功率达到额定功率以后，调节系统根据输出功率的变化调整桨距角的大小，使发电机的输出功率保持在额定功率。
按风轮转速分类可分为定速和变速两大类。
定速型风电机组风轮保持一定转速运行，与恒速发电机对比，风能转换率较低;变速型风电机组可分为双速型和连续变速型，双速型设定两个速度运行，改善风能转换率;连续变速型在一段转速范围内连续可调，可扑捉最大风能功率，提高风能转换率。
2.风力发电机组选型的原则2.1 对质量认证体系的要求风力发电机组选型中最重要的一个方面是质量认证。
这是保证风电场机组正常运行及维护最根本的保障体系。
风电机组制造都必须具备ISO 9000系列的质量保证体系的认证。
目前，风力发电系统设计的主要标准有：· IEC 61400-1“Wind turbine generator systems –Part 1：Safety requirements”该标准是IEC（国际电工委员会）制定的有关风力发电机组发电系统的设计、安装、组装等各方面的标准，内容较基本，且规定也比较具体。
·IEC 61400-2“Wind turbine generator sys tems –Part 1：Safety of small wind turbines”该标准是针对风力发电机组风轮扫掠面积在40m2以下的风力发电机组而制定的。
内容较IEC61400-1简化，且重点突出，便于执行。
·德国Lloyd公司认证标准，“Germanischer Lloyd，s Regulation for the Certification of Wind Conversion System”·丹麦指定的DS 472“Load and Safety for Wind turbine Structure”2.2 对机组功率曲线的要求功率曲线是反映风力发电机组发电输出性能好坏的最主要的曲线之一，一般有两条。
功率曲线由厂家提供给用户，一条是理论（设计）功率曲线，另一条是实测功率曲线，通常是由公正的第三方即风电测试机构测得的，如Lloyd，Ri等机构。
国际电工组织颁布实施了IEC 61400-12功率性能试验的功率曲线的测试标准。
这个标准对如何测试标准的功率曲线有明确的规定。
3.风力发电机选型应考虑的因素3.1 环境因素（1）风速根据设置地点风的强度，风力发电机组分为五级，如表1所示。
其中S级为适用于特殊风况和外部条件的场合，由设计者决定。
海上风力发电也作为S级对待。
Vave（平均风速）是指在安装地点的风力发电机组轮毂中心高度处的年平均风速。
而对于Vref（参考风速）级的风力发电机组，则要求可以在轮毂中心高度处的50年间一10min极端平均风速Vref以下的气象环境中工作。
Vref为Vave 的5倍。
以上为风力发电机组正常工作时的风况条件。
表1 风力机等级基本参数Tab.1 Wind Turbine Level Basic Parameters风力机等级正常安全等级特殊安全等级ⅠⅡⅢⅣSVref（m/s）50 42.5 37.5 30 设计值由设计者规定Vave（m/s）10 8.5 7.5 6A I15 0.18 0.18 0.18 0.18a 2 2 2 2B I15 0.16 0.16 0.16 0.16a 3 3 3 3注：A表示较高湍流特性的类型;B表示较低湍流特性的类型;I15为V=15m/s 时的湍流强度特性值;a为斜率参数。
（2）正常环境条件正常环境条件是按照再现时间一年的气象条件规定的。
风力发电系统设计要在满足正常环境条件和极端风速条件规定的环境中正常工作。
·气温：-10～+40℃·相对湿度：95%·太阳辐射强度：1000W/m2·空气密度：1.225kg/m3（3）极端环境条件极端环境条件是指极少遇到超过正常环境条件的环境条件。
·气温：-20～+50℃·雷电：参照”IEC 61400-1：Protection of structure against lighting-Part1：General princ iples”·结冰：无定量给定·电力系统状态：电压为额定值的±10%，频率为额定值的±2%。
·盐雾：中国东南沿海风电场大多位于海滨或海岛上，海上的盐雾腐蚀相当严重，因此防腐十分重要。
主要是电化学反应造成的腐蚀，这些部位包括法兰、螺栓、塔筒等。
这些部件应采用热镀锌或喷锌等办法保证金属表面不被腐蚀。
3.2 机组的功率曲线对于特定点的不同风机风能利用率越高，风机越适合。
目前风机生产厂家有多种不同容量、不同型号的风力机可供选择，容量范围从25kW到3MW。
对于一个具体的风电场应该根据风资源状况，由干风速及风向的变化及风力机设计制造上的原因，风力机的工作状态与输出功率是变化和不稳定的。
在不同风速条件下发电机对风能的利用率是不同的，也即发电机效率的不同而变化，同时考虑到风速小于启动风速和风速高于切出风速时的情况，从风力资源角度选择一个最适合的风力机，而不必局限于风力机的容量。
对于一个特定的风电场在确切的时间段内，反映风力机在风场中效率高低的最主要的指标是年平均风能利用率，风能利用率越大，风机的效率越高，风力机的年平均利用率等于风力机年平均效率与风力机容量系数的乘积，若要提高风能利用率，最有效的方法就是提高风力机的运转率，也即容量系数，我们选取年平均容量系数作为衡量风力机利用风能的指标。
一般在风电场设计中，计算时段取一个代表年（8760小时）。
平均容量系数的计算公式如下：CF=Pa=8.76C式中：CF为平均容量系数;Pa为风力机年理论发电量/kW·h/y;为风力机的额定功率/kW;v为风速/m/s，积分从启动风速V1-停机风速V2;C为系数。
影响风力机容量系数的主要因素有风力机的启动风速、额定风速、切出风速和风场处的风速分布参数。
由于通常所指的风速是发电机叶轮轮毅高度时的数据，因此高度对容量系数也有较大影响作用。
根据年平均容量系数确定最佳风力机，应在充分掌握了风场处的测风资料基础上进行，确定方法一般分两部：第一步，确定最佳风机容量;第二步，确定最佳风机型号。
所谓标准的功率曲线是指在标准状态下（15℃，101.3kPa）的功率曲线。
不同的功率调节方式，其功率曲线形状也就不同。
不同的功率曲线对于相同的风况条件下，年发电量（AEP）就会不同。
一般说来失速型风力发电机在叶片失速后，功率很快下降之后还会再上升，而变距型风力发电机在额定功率之后，基本在一个稳定功率上波动。
功率曲线是风力发电机组发电功率输出与风速的关系曲线。
对于某一风场的测风数据，可以按bin分区的方法（按IEC 61400-12规定bin宽度为0.5m/s），求得某地风速分布的频率（即风频），根据风频曲线和风电机组的功率曲线，就可以计算出这台机组在这一风场中的理论发电量，当然这里是假设风力发电机组的可利用率为100% （忽略对风损失、风速在整个风轮扫风面上矢量变化）。