1 风电场噪声控制研究现状

风电场敏感点噪声水平不是单纯由机组噪声决定，而是由以下因素共同决定：机组噪声水平、机组噪声指向性特性、机位点选址、敏感点位置、项目现场地形、环境条件和背景噪声，通过考虑这些影响因素的风电场噪声传播模型可以计算得到噪声从机组传播到敏感点的声压级。风电场噪声传播模型尤其是复杂地形的噪声传播一直是研究热点^[1]，2021年开启的IEAtask39静音风机技术第二阶段工作也将准确的风电场噪声传播模型研究纳入研究范围^[2]。ISO9613标准中的传播模型是目前国际咨询机构比较常用的噪声传播模型^[3]，这个模型是一个通用的点声源噪声传播模型，不是针对风电场噪声的，因此在实际应用中会发现采用ISO9613标准计算达标的敏感点声压级在实际测试中存在超标的情况，因此欧洲某些国家会发布自己的风电场噪声传播计算模型^[4-5]，金风科技根据现场测试数据对ISO9613标准平坦地形模型进行了修正验证，修正后的模型获得了鉴衡认证的技术评估符合证明^[6]。准确的风电场噪声传播模型是准确的风电场噪声控制的前提。

国际项目在建设前期业主会找第三方咨询机构根据机组噪声水平和项目现场的实际情况采用风电场噪声传播模型计算敏感点声压级是否满足当地环评噪声限值的要求^[7]。目前国内项目无第三方咨询机构做此评估工作，部分项目的敏感点噪声评估由环保局或者设计院承担，不同的环保局和设计院采用的计算方法不同导致评估结果差异较大，目前国家急需一个统一的针对风电场噪声计算的标准规范。

国际项目前期第三方评估中如果所有敏感点评估声压级都满足了当地环评噪声限值要求，则该项目可以通过环评，否则需要主机厂商采取降噪措施降低机组噪声水平，直到所有敏感点声压级评估都低于当地环评噪声限值要求为止^[8]。主机设备厂家根据机组主要噪声源采取相应的降噪技术，如风电叶片噪声是主要声源需要加装锯齿尾缘（降噪效果一般在1-3dBA），如齿轮箱噪声是主要声源需要增加减震隔声装置，如冷却系统噪声是主要声源需要在传播路径上增加吸声材料。当主机设备厂商已确定机组主要噪声源为叶片气动噪声且已加装锯齿尾缘或因载荷适应性原因无法加装锯齿尾缘，敏感点噪声水平仍无法满足环境噪声限值要求时，就需要某些机组运行低噪音模式了，低噪音模式是通过降低额定转速来降低叶片气动噪声的，因此会带来发电量损失，发电量损失最少的低噪音模式控制策略是主机厂商降噪研究的方向之一。国际主机厂商如Vestas、Gamesa、GE、Nordex等在投标阶段都会提供机组的多个低噪音模式数据用于第三方咨询机构进行敏感点噪声评估，第三方咨询机构从主机厂商提供的低噪音模式数据中选择可以满足敏感点噪声限值要求的运行模式，出具风电场噪声评估报告。很多国家昼夜环境噪声限值不同，昼间环境噪声限值较大不需要运行低噪音模式，因此要求机组具有昼夜不同的运行模式，昼间正常模式运行，夜间低噪音模式运行。有些第三方咨询机构为了进一步减少发电量损失，会通过优化算法选择发电量损失尽量少的低噪音模式满足环境噪声限值要求。这种通过前期评估计算使敏感点噪声达标方法在本文中称为“风电场噪声静态控制方法”，评估后需要低噪音模式运行的机组在项目并网后需长期运行在给定的低噪音模式，如图1所示，评估中假设整场机组都运行在最大噪声水平工况且环境条件唯一，风电场实际运行中环境条件和风速实时变化，与评估假设条件不一致，会存在全场机组未运行在最大噪声水平不需要低噪音模式运行或者环境条件噪声衰减较大不需要低噪音模式运行的情况，因此这种风电场噪声静态控制方法的发电量损失较大。

根据实时风况和环境参数，根据昼夜环境噪声限值控制机组运行的风电场噪声控制技术既可以满足敏感点噪声限值要求，又可以最大限度的减少发电量损失，这种风电场噪声控制方法在本文中称为“风电场噪声动态控制方法”。

图 1经过前期评估后不同机位点运行在不同的低噪音模式示意图

2 风电场噪声动态控制测试验证

金风科技开发的风电场噪声动态控制技术采用金风科技自主开发经过测试验证和鉴衡技术符合评估确认的风电场噪声传播模型，依托金风科技的“能巢”场群控制系统开发，通过发电量优化算法可以实现平坦地形下根据实时风况和环境参数动态调整机组运行状态，使敏感点声压级满足设定的环境噪声限值要求（昼夜不同）的同时发电量损失最小。风电场噪声动态控制的测试验证在河南固始项目进行，该项目为平原地形，总容量150MW，含金风GW140-3.0机型24台，GW121-2.0机型39台。噪声测试验证选取周边环境干扰因素较少的9台机组，含5台金风GW140-3.0柔塔机组和4台金风GW121-2.0柔塔机组。设置虚拟敏感点12个（M11，M12，M1~M10），进行了2个敏感点位置M11和M12的噪声控制效果的测试验证，机位点和敏感点排布见图2。M11位于F67号机组和F68号机组之间，位于F67机位点主风向的上风向，位于F68机位点主风向的下风向分别距离两机组303和354m，见图3所示。M12位于F68号机组主风向侧面，距离334m，见图4所示。

图 2 河南固始项目场级噪声控制测试用机位点与敏感点分布示意图

图 3测试敏感点M11位置和周边环境

图 4 测试敏感点M12位置和周边环境

项目现场按GB12348声环境分区一类噪声限值的夜间限值45dB(A) 进行噪声控制。现场测试验证工作测试了未进行噪声控制的敏感点声压级和进行噪声控制后的敏感点声压级，对比了噪声控制器设计的敏感点应实现的声压级和实际实现的声压级。经过背景噪声修正后的测试结果如表4所示，可以看出进行噪声控制后的背景噪声修正后的声压级都低于限值45dB(A)，和程序设计该敏感点应实现的声压级非常接近。

表 4 河南信阳固始县项目风电场现场噪声控制测试声压级对比

以固始项目一年的风参数据计算，采用“风电场噪声静态控制方法”整场发电量损失为6.41%，采用“风电场噪声动态控制方法”发电量损失仅为4.2%，整场发电量损失降低2.21%。

3 结论

风电场级噪声控制涉及的关键因素较多，准确的风电场噪声传播模型是一个主要关键因素，多机型混排和柔塔跳转速区间又增加了控制实现的复杂程度。金风科技开发的风电场噪声动态控制方法通过在固始项目的测试验证，实现了多机型混排和柔塔跳转速的控制，敏感点声压级测试验证结果和设计控制应实现声压级非常接近，验证了噪声控制的准确性，计算发电量损失比静态控制方法提升全场发电量2%以上。

参考文献

【1】 Kohl Clark, Payam Ashtiani, “Comparison of measured and predicted turbine immission noise levels using known inputs to model” 9the International Conference on Wind Turbine Noise, 2021.5.18-21.

【2】 Bertagnolio Franck, McKeown Eugene, “Implementing agreement for co-operation in the research and development of wind energy systems (IEA Wind TCP), May 2021.

【3】 ISO 9613-2 Acoustics-attenuation of sound during propagation outdoors – part2: General method of calculation[S]. ISO，1996-12-15.

【4】 Bo Soendergaard, “PSO-07 F&U project no. 7389 Noise and energy optimization of wind farms Validation of the Nord2000 propagation model for use on wind turbine noise” Energinet.dk. 2009.

【5】 DK-BERK135, 2019. Ministry of Environment Department, Denmark.

【6】 鉴衡认证，金风风电场噪音算法软件技术评估报告[R]. 中国鉴衡认证中心，2020.7.24.

General Certification Center，Goldwind wind farm noise algorithm software technology evaluation report[R]. China General Certification Center. 2020.7.24.

【7】 Marshall day acoustics, “Alberton wind farm noise assessment”, 2017.9.14.