1.引 言
　　
　　風電場開發過程中，在設備招投標階段，風電機組選型是其中最重要的工作之一。為了保證風電場運營期的收益，機組選型時除了關注必須考慮的機組安全性和可靠性以外，機組發電性能好壞就成為另一個關注的焦點。通常在機組選型時希望根據機組功率曲線和擬建風電場的實際環境條件對風電場機組發電量進行足夠準確的估算，這樣不僅有利于進行準確的投資收益分析，同時也有利于更客觀、公正、科學地開展機組選型，遴選出最適合于擬建項目的風電機組。
　　
　　目前，國內用于招投標階段機組發電量估算的功率曲線并不統一，可以分為理論功率曲線和實測功率曲線兩大類，其中理論功率曲線又包括穩態功率曲線和動態功率曲線兩種，具體如下：
　　
　?。?）穩態功率曲線：假定風速不變，對機組模型進行穩態仿真計算得到的功率曲線，主要在早期的機組招投標中有采用。
　　
　?。?）動態功率曲線：考慮風速的變化，對機組模型進行動態仿真計算得到的功率曲線，動態功率曲線考慮了風速變化時機組控制系統的響應，并且可針對不同的環境條件計算出相應的功率曲線。相比于穩態功率曲線，能夠更準確的反應機組在實際環境條件下的發電性能，在目前的機組招投標中有不少采用該類功率曲線。
　　
　　（3）測試功率曲線：由具有資質的第三方試驗室，按照相關的測試標準開展功率曲線測試，并出具第三方功率曲線測試報告。由于理論功率曲線通常由設備廠商計算提供，真實性難以保證，而測試報告具有客觀性，因此目前在機組招投標中也有直接采用測試功率曲線或將測試功率曲線作為評價參考的。
　　
　　機組發電量估算時應采用什么樣的功率曲線是一個復雜的問題，本文將先從測試功率曲線本身的不確定度以及不同場址環境條件對功率曲線的影響進行分析，以說明為什么測試功率曲線不能直接用于擬建風電場機組發電量分析。
　　
　　2.功率曲線測試不確定性分析
　　
　　測量不確定度是測試結果包含的一個參數，用以表征測量值的分散性。不確定度越小，測量結果的質量越高，使用價值越大。功率曲線測試通過對功率和風速的測量，得到不同風速下機組的發電功率。因此功率曲線測試的不確定度來自以下幾個方面，測試數據同步、功率的測量、風速的測量、其它環境條件的干擾。
　　
　　2.1測試數據同步
　　
　　目前的測試結果以10分鐘的平均值作為數據分析的基礎，而現有采集器的同步校時能力可保證采集數據的同步性達到秒級，因此測試數據的同步性對測試結果的影響極小，約在千分之一量級，一般可不予考慮。
　　
　　2.2功率的測量
　　
　　目前功率的測試相對較為簡單且設備的可靠性較好，通常只需要在并網端接上檢定過的功率變送器即可，其采集的功率數值不確定度很低（低于0.5%），因此在整個測試中功率數據的采集結果是相當可靠的。
　　
　　2.3風速的測量
　　
　　風速的測量是整個功率曲線測試的瓶頸，IEC61400-12功率曲線測試標準目前已經有3個子標準，后兩個都是針對風速測量的，隨后可能會有更多的子標準制定，來指導風速測量。目前風速測量對功率特性測試結果的影響很大，主要有以下幾個方面。
　　
　　2.3.1不能在機位處直接進行風速測量
　　
　　風速測量時，我們期望測試到機組前方未受影響的自由流風速。但機組工作時，風輪的旋轉會對機組前方的自由流風速帶來影響，為減少該影響，測風設備需要遠離機組。但我們又期望測風設備測試的風速能夠足夠代表機組前方的自由流風速，為此又需要測風設備離機組不是太遠。這是兩種互相矛盾的需求。
　　
　　目前IEC61400-12要求測風設備（測風塔）距離機組2~4倍的風輪直徑（D），如圖1，并且推薦選擇2.5D是一個較為合適的距離。但即使如此，按照IEC61400-12標準，2.5D距離在平坦地形導致的氣流畸變而引起的風速測量誤差也有2%。對于復雜地形，這個測量誤差會更大，因此復雜地形的風速測量需要做場地標定修正，來降低這個誤差，但場地標定修正的引入最終會導致總的不確定度相對平坦地形更大。 　　
　　2.3.2測風設備的精度
　　
　　除了場地畸變引起的風速偏差，測風儀器的精度也會對測試結果有很大的影響。目前大多數測風是通過安裝風杯式測風儀的測風塔來進行。國內計量檢定機構現行的針對風杯式風速儀的檢定方法，主要考慮了其氣象測風的用途，未考慮其功率曲線測試的用途，因此，沒有按照功率曲線測試的要求對風杯式風速儀進行檢定，但兩者的精度要求不同，后者要求更高。而這個檢定帶來的誤差同樣會傳遞至整個風速的測量。此外，風速計的測量精度還受不同的風速、入流角、湍流度等影響，這將作為風速計運行特性予以考慮。按照IEC61400-12標準，即便采用按照功率曲線測試要求進行檢定后的風速儀進行測風，測風設備的精度的誤差一般仍有1%~3%。
　　
　　2.3.3風速對功率的敏感系數
　　
　　風速測量對功率曲線的影響，除了本身的不確定較大外，還有一個重要因素是風速對功率的敏感系數很大。兩個變量之間的敏感系數為兩個變量變化量的比值，即局部斜率，具體計算公式如式（1）： 　　
　　其中Pi為第i個區間的功率, Vi為第i個區間的風速
　　
　　注：式（1）用的是向前差分的方式，也可以使用向后差分或者中心差分的方式。
　　
　　由于風能和風速為3次方關系，在功率達到額定前，該敏感系數可達3左右。因此，風速的測量誤差在中低風速段反映到功率上，將會擴大3倍。
　　
　　2.4標準給出的不確定度分析內容
　　
　　除了本節提到的三個帶來不確定度的因素，表1是參考IEC61400-12-1標準整理的風電機組功率曲線測試中不同測量量本身的不確定度以及其對功率的敏感系數。 　　
　?。?）表中給出的不確定度均為標準不確定度，即以測量結果一倍標準差表示的測量結果不確定度。若假定偏差服從正態分布，則測試結果與真實結果的偏差在標準不確定度內的概率約為68.2%；需要說明的是：
　　
　?。?）本表將測試的不確定度轉化為相對形式，以更為直觀，并有助于方便計算；
　　
　?。?）不確定度分類A和B表示兩種不確定度評定的方式：A類是指通過測試結果推算的不確定度（一般評定隨機誤差），B類包含評定人員的經驗和不確定的傳遞（一般評定系統誤差）。此處測試功率值用A類方法進行評定，其標準值為功率結果的標準差；
　　
　?。?）由于本表內的各項不確定度彼此獨立，最終合成不確定度，為各項的平方和的開方。
　　
　　從表1可以看出，功率曲線測試的不確定度主要來自于風速測量的不確定度，風速不確定度幾乎可以代表整個測試結果的不確定度，因此目前的功率曲線測試功率值在單個風速下的不確定度可達7%~15%。
　　
　　理論年發電量計算公式如下： 　　
　　其中，W理論年發電量
　　
　　Pi第i個風速區間的功率值
　　
　　f（Vi）第i個風速區間的持續時間
　　
　　從公式可以看出理論發電量（不考慮折減）主要受功率曲線和風速分布影響，我們采用6m/s-7.5m/s下的風速分布和常規2MW的功率曲線，進行發電量計算后，可以得到最終發電量估算的不確定度約為4%~10%。