测风塔校准：提高风电场测量精度的关键

在风力发电机组吊装前（或拆除后)，应该建立两个测风塔，其中一个还是功率曲线测试的参考测风塔，而另一个位于测试风力发电机组的点位。测试风力发电机组点位的测风塔是临时的，测风高度与轮毂高度的差别小于2.5%，位置尽量接近塔筒的中心线，但与中心线的距离不能超过0.2H（H为轮毂高度)。两个测风塔都要分别安装至少一个风速仪和一个风向仪，为研究风流扰动提供数据支持。风速仪的类型应该是相同的，且具有相同的运行特性。风速仪选择和测风塔的安装可以参考本书“第8章风数据的测量”和IEC 64100-12标准。风电场校准和功率曲线验证时使用的测风塔配置应该是相同的，否则需要引入额外的不确定性。

风数据的采集应该是连续的，且采样频率相同的10min平均值。风数据中应包括平均值、标准差、最大值和最小值。每个风向区间应该不大于10°，且不能小于风向传感器的不确定度。平均风速小于4m/s和大于16m/s的数据、风向超出测量扇区范围的数据、其他无效数据应该被剔除。每个测量的风向区间中应该包含至少24h的数据，其中分别有至少6h的平均风速大于8m/s和小于8m/s。

除了这些最低要求，还要确保数据的收敛性。可以通过标准化的动平均值与每个数据域小时数的曲线研究数据的收敛性。每个动平均值用最终全部分析数据的平均值进行标准化。如果数据长度达到8～16h，动平均值与最终平均值相差1%内，则可以认为数据是收敛的。如果每个数据域的数据达到或超过24h，则收敛区间可以缩小到0.5%。如果出现有一个或多个动平均值偏离稳定后的标准化值，则需要做进一步数据分析，确保风速仪或风向仪是完好的。

通过获得的校准数据库，可以得出每个风向区间的地形修正参数为

式中 v₁——测试风力发电机组轮毂高度上的风速；

v₂——测风塔测量的风速。

根据上小节定义的测量扇区，很可能无法获得足够的数据来定义风流修正参数。另外，不同风向区间的修正参数可能差别很大。因此，IEC标准建议，如果某风向区间的风流修正参数与紧邻风向区间相比，变化将超过2%，那么该风向区间应该被排除。风电场校准测试表明，某障碍物并没有对修正参数产生可辨识的影响，那么可以适当放大测量扇区范围。(www.xing528.com)

如果风力发电机组的采购合同中规定了功率曲线性能，则应该在合同中明确功率曲线的测试和验证方法。在风电场中选定测试风力发电机组，并在施工前至少3个月左右，于该风力发电机组的点位安装与轮毂高度接近的测风塔，同时安装用于功率性能测试的参考测风塔。通过建立两个测风塔测得的风速关系，完成风电场校准。

图13-5为用两个测风塔进行风电场标定的结果示例^[114]。图中将风速区间分为4～8m/s、8～12m/s和12～16m/s单个风速段，并进行了3个月的测风。

图13-5 按平均风速分区时，两个测风塔的风电场校准结果示例^[114]

通常，湍流强度是地形复杂程度最直接体现，因此除了风速以外，湍流强度对风电场标定结果也有着显著的影响，如图13-6所示^[114]。图中，把风数据根据湍流强度不同分为0～10%、10%～20%和20%～30%三个不同的数据区间。

因此，在进行风电场标定时，可以根据风速和湍流强度的矩阵，将风数据分为不同的数据域，然后分别计算每个数据域的标定参数，提高标定的准确性。

从理论上讲，可以根据风流模型（如WAsP和WindSim等模型)建立参考测风塔点和风力发电机组点的各扇区的风速关系。然而，风流模型本身存在着各种不确定性，校准结果往往不能令人满意。因此风流模型一般不能胜任对风电场校准的任务^[114]，而仅能起到辅助性的作用。