[摘  要]风能是一种最具活力的可再生能源，风力发电是风能最主要的应用形式。我国某风电场已先后进行了一、二期建设，现有风机124台，总装机容量约20万千瓦。以此为背景提出了三个问题，本文运用Excel软件等方法成功解决了这三个问题，通过所给数据对该风电场的风能资源及其利用情况进行评估，判断新型号风机是否比现有风机更为适合，并制定维修人员的排班方案与风机维护计划，使各组维修人员的工作任务相对均衡，且风电场具有较好的经济效益。 最后，对所建立的模型和求解方法的优缺点给出了客观的评价，并指出了改进的方法。
　　[关键词]风电场 风速 功率 风切变指数风能
　　中图分类号：TM714 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）27-0125-01
　　一、问题分析
　　1.1 问题一分析
　　题目要求通过利用附件1给出该风电场一年内每隔15分钟的各风机安装处的平均风速和风电场日实际输出功率的数据对该风电场的风能资源及其利用情况进行评估，这就要求我们能得出一年基本情况，就要通过附件一给出的每天每 15分钟的平均功率、平均风速，运用求平均值公式得出每天平均每15分钟的功率、风速。进一步运算得到每月平均每15分钟的功率、风速，进一步通过图表曲线进行分析得结论。
　　1.2 问题二分析
　　题目要求从附件2给出了该风电场几个典型风机所在处的风速信息，其中4#、16#、24#风机属于一期工程，33#、49#、57#风机属于二期工程，它们的主要参数见附件3。风机生产企业还提供了部分新型号风机。我们可以从表中归纳、总结、计算得出日平均风速、月平均风速，画出各风机所在处风速变化趋势，发现平均风速均没有超出额定风速且已经达到切入风速。通过公式可以计算出各种机型在同样的风速下它的实际功率，然后进行比较，从而判断新型号风机是否比现有风机更为适合。
　　1.3 问题三分析
　　题目要求为安全生产需要，风机每年需进行两次停机维护，两次维护之间的连续工作时间不超过270天，每次维护需一组维修人员连续工作2天。同时风电场每天需有一组维修人员值班以应对突发情况。风电场现有4组维修人员可从事值班或维护工作，每组维修人员连续工作时间（值班或维护）不超过6天。请制定维修人员的排班方案与风机维护计划，使各组维修人员的工作任务相对均衡，且风电场具有较好的经济效益，试给出合理的方法和结果。
　　二、模型建立和解决
　　2.1 问题一的模型
　　2.1.1 模型的准备
　　月平均每15分钟的功率、风速确定 根据题目的意思，通过附件一给出的每天每15分钟的平均功率、平均风速，运用求平均值公式得出了每天平均每15分钟的功率、风速。进一步运算得到了每月平均每15分钟的功率、风速。
　　此情况下，我们假定风力机的扫掠面积为固定值s，空气密度为标准P=1.293kg/m3，（在观察风速与实际功率关系时，应遵循自然原则：当风速越大时，功率也应该更大。若不符合，则利用率较低;反之较高。）
　　2.1.2 模型的建立
　　我们可以明显的知道全年的各月平均风速起伏波动不大，相对比较稳定，（其中风能利用率分析如下：
　　在风速变化的同时，实际功率也跟着变化，风速增加，功率变大;风速减小，功率也随之变小。只是在夏季和和秋季利用率比春季和冬季同比下降）
　　2.2 问题二的模型
　　题意是试从风能资源与风机匹配角度判断新型号风机是否比现有风机更为适合。所谓的匹配是机型在实际的环境中同样的风速谁的实际输出的功率更大。那么我们就可以先分别比较现有、新型号风机中优差机型，利用现有机型与新型机号做对比结果。那么就能从风能资源与风机匹配角度判断新型号风机中是否有比现有风机更为适合的。
　　首先算出第一二期中每种型号月平均风速，4#、16#、24#属于第一期机号，33#、49#、57#属于第二期机号。制成表格并统计一二期风速在每月月均风速4—7.5（m/s）的频率。我们可以从附件3中风电场风机型号及其参数知道，每种机型都达到了切入风速，而都没达到额定风速（最佳风速），那么我们只需要看每期的风速在接近额定风速的比例。
　　通过对现有两种机型的月均风速表知道两种机型都达到了切入风速，都没达到理想额定风速。再者对上表（第一二期风机型号在不同地点月平均风速）的分析与对比，可以从中发现在一期的4#、16#比24#风能资源更为丰富，在二期中49#、57#比33#风能资源更为丰富。
　　通过对上面的分析与对比、归纳总结以下结论：
　　在同样风速下机型1比机型2输出功率更为理想，所以机型1比机型2更适合，再者是新型机型型号3、4、5各机的对比，对比出最优匹配机型，根据功率公式
　　得出结论新型中3机型更匹配。新型机型中最优匹配是否比现有两种机型都好再利用功率求解，新型机型与现有两种机型做对比，选取出最佳匹配的两种机型。（P1、P2、P3、P4、P5、分别表示第一期型号、第二期型号、新型型号3、4、5）。
　　2.3 问题三的模型
　　有发电机124台，每台发电机需要一组人员连续工作两天，每天需要一组人员值班，有四组工作人员，各组工作连续不超过6天，减少维修时间，增加经济效益，每天至少需要两组进行维修，一组进行值班，所以分配方案有以下几种选出最合理地安排，轮流执行最合理的工作安排（表1）：
　　方案1：我们假设一天中一组值班工作其他组进行维护
　　方案一中休息时间规定在了一天中，无人值班看护风电场，所以此安排不合理;
　　方案二：我们假设一天中一组值班，一组休息，两组维修且维修为两天
　　通过分析与对比，可以从中发现，安排图7更为合适，使每组工作人员工作时间都没有超过6天，都有维护风机、值班与休息的时间。
　　三、模型评价及改进
　　3.1 模型评价
　　问题一通过大量数据建立分析表，主要分析全年风速走向图以及风机输出功率走向图得出结论。该模型运用了大量的实测数据，结论可信度较高，说服力较强。问题二在运用了大量数据之后，分析出现有机型中的风机优劣，通过公式计算出新型机型中风机的优劣，进行对比与分析之后得出结论。问题三在通过问题一得出的表中分析出最佳的维修时间，人员安排是通过排除多种安排方式得出最佳安排方式。
　　3.2 模型改进
　　因为处理了大量的数据，造成数据精确度降低。问题一中我们取的是平均值造成得出的结论准确度与实际的结论有所偏差，在现实生活中，因该在每月中取大量的真实数据进行绘图，这样得出结论准确度会更高。问题二中由于运用了理想的功率公式（P=P*V3*S2），其中的参数v风速、s扇叶扫过的面积。在不同的地方不同发电机中有所不同，所以求出的结果准确度有所下降，在现实生活中应该取准确的数字进行计算。问题三中由于借鉴了问题一中的表，所以精确度有所下降，在人员安排方面进行了合理的安排，不管是在假设中都可以运用此方法。