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1、風力發(fā)電機組標準(外部條件) 2008-6-14 11:23:58??中國船級社 　　 外部條件 (內(nèi)容沒經(jīng)過教對,上載上可能有一定的錯誤) ????????????? 一般要求 ??? ?在風力發(fā)電機組的設計中，至少應考慮本節(jié)所述的外部條件。 ???? 風力發(fā)電機組承受環(huán)境和電網(wǎng)的影響，其主要體現(xiàn)在載荷、使用壽命和正常運行等方面。為保證安全和可靠性，在設計中應考慮到環(huán)境、電網(wǎng)和土壤參數(shù)，并在設計文件中明確規(guī)定。環(huán)境條件可劃分為風況和其它外部條件。土壤特性關系到風力發(fā)電機組的基礎設計。 ?????各類外部條件可分為正常外部條件和極端外部條件。正常外部條件通常涉及結(jié)構(gòu)長期承

2、載和運行狀態(tài)。極端外部條件是潛在的臨界外部設計條件。設計載荷系由這些外部條件和風力發(fā)電機組的運行狀態(tài)組合而成。 ?????對結(jié)構(gòu)整體而言，風況是最基本的外部條件。其它環(huán)境條件對設計特性，諸如控制系統(tǒng)功能、耐久性、銹蝕等均有影響。 ?????根據(jù)風力發(fā)電機組安全等級的要求，設計中要考慮本節(jié)所述的正常外部條件和極端外部條件。 ?????風力發(fā)電機組分級 ?????風力發(fā)電機組的設計中，外部條件應由其安裝場地和場地類型決定。風力發(fā)電機組的安全等級及相應的風速和風湍流參數(shù)應符合表2.2.2.1 的規(guī)定。 ?????對需要特殊設計（如特殊風況或其它特殊外部條件）的風力發(fā)電機組，規(guī)定了特殊安全

3、等級——S 級。S 級風力發(fā)電機組的設計值由設計者確定，并應在設計文件中詳細說明。對這樣的特殊設計，選取的設計值所反映的外部條件比預期使用的外部條件更為惡劣。近海安裝為特殊外部條件，要求風力發(fā)電機組按S 級設計。 ? 各等級風力發(fā)電機組的基本參數(shù)① 風力發(fā)電機組等級 ?I II III S 參考風速Vref〔m/s 〕 ?50 42.5 37.5 由設計者確定各參數(shù) A I 15 〔—〕 ? 0.16 ? B I 15 〔—〕 ? 0.14 ? C I 15 〔—〕 ? ?0.12 ? ? ????? 注：表中數(shù)據(jù)為輪轂

4、高度處值，其中： ????? A 表示較高湍流特性級；參考風速Vref 為10min 平均風速； ????? B 表示中等湍流特性級；I 15 風速為15m/s 時的湍流強度特性值。 ????? C 表示較低湍流特性級； ???? ?除表基本參數(shù)外，在風力發(fā)電機組設計中，還需要某些更重要的參數(shù)來規(guī)定外部條件。對風力發(fā)電機組IA～IIIC 級，統(tǒng)稱為風力發(fā)電機組的標準等級，在本節(jié)2.2.3 、2.2.4 、2.2.5 中規(guī)定了這些等級的補充參數(shù)值。 ?????? 一般風力發(fā)電機組的設計壽命應為20 年。 ?????? 對S 級風力發(fā)電機組，制造商應在設計文件中闡述所采用的模型及主要設

5、計參數(shù)值。采用本章模型時，對其參數(shù)值應作充分的說明。S 級風力發(fā)電機組的設計文件應包含本規(guī)范附錄3 所列內(nèi)容。 ? ??????????????? ????????????? 風況 ????????????? 風況的設計值須在設計文件中明確規(guī)定，風力發(fā)電機組應能承受所確定安全等級的風況。 ????????????? 從載荷和安全角度考慮，風況可分為風力發(fā)電機組正常工作期間頻繁出現(xiàn)的正常風況和1 年或50 年一遇的極端風況。 ????????????? 在許多情況下，風況可視為定常流與變化的陣風廓線或湍流的結(jié)合，在所有情況下，應考慮平均氣流相對水平面成8о 角時的影響。假定此傾斜角

6、不隨高度改變而變化。 ????????????? ? ????????????? 正常風況 ? (1) 風速分布 場地的風速分布對風力發(fā)電機組的設計至關重要。對于正常設計狀態(tài)，其決定各載荷情況出現(xiàn)的頻率。應采用10min 時間周期內(nèi)的平均風速，來得到輪轂高度處平均風速Vhub 的瑞利分布PR(Vhub)，并由下式給出： P R（Vhub）＝1— exp 〔—π（Vhub∕2Vave）2 〕式中：Vave ＝0.2 Vref ，對標準等級的風力發(fā)電機組。 (2) 正常風廓線模型（NWP） 風廓線V（z）可表示成平均風速隨離地高度z 的變化函數(shù)，對標準等級的風力發(fā)電機組，正常風廓線由

7、下列冪定律公式給出：V（z）＝V hub（z∕z hub）a 式中：zhub ——輪轂高度，冪指數(shù)α假定為0.2。風廓線用于確定穿過風輪掃掠面的平均垂直風切變。 (3) 正常湍流模型（NTM） 風湍流是指10min 內(nèi)平均風速的隨機變化。風湍流模型應包括風速變化，風向變化和旋轉(zhuǎn)采樣的 影響。湍流風速的三個矢量分量分別定義如下： ——縱向分量：沿著平均風速方向； ——橫向分量：在水平面內(nèi)，垂直于縱向分量： ——豎向分量：垂直于縱向分量和橫向分量。 對于正常湍流模型，湍流標準偏差特性值б1，在給定輪轂高度的風速應按概率分布為90%①分位點值給出。對標準等級的風力發(fā)電機組, 隨機風湍

8、流模型速度場應滿足下列要求： a）縱向風速分量的標準偏差特性值б1 由下式給出： б1＝I 15（0.75Vhub + b） 式中：b=5.6 m/s； I15 由表2.2.2.1 給出。假定標準偏差不隨離地面高度變化。 平均風速方向的垂直分量應具有以下最小標準偏差②： ——橫向分量：б2≥0.7б1 ——豎向分量：б3≥0.5б1 b）在慣性子區(qū)間，三個正交分量的功率譜密度S1（f），S2（f）和S3（f），作為頻率f 的函數(shù)應逼 近下列漸近線形式：S1（f）＝0.05（б1）2（∧1 / Vhub）-2/3 f -5/3 S2（f）= S3（f）= 4/3

9、S1（f） 在輪轂高度，縱向湍流尺度參數(shù)Λ1 由下式確定： c）應使用公認的模型，且模型的相關性定義為互譜的大小除以與縱向垂直的平面內(nèi)空間離散點的縱向速度分量的自譜。建議使用滿足上述要求的湍流模型：曼恩均勻剪切模型，見本規(guī)范附錄4。在附錄4 中，也給出了另一個滿足上述要求的經(jīng)常使用的模型。其它模型應慎重使用，因為模型的選擇會對載荷產(chǎn)生重大影響。 ? 2.2.3.5 極端風況 極端風況用于確定風力發(fā)電機組的極端風載荷。極端風況包括由暴風造成的風速峰值、風向和風速的迅速變化。 (1) 極端風速模型（EWM） ?EWM 可以是穩(wěn)態(tài)風速模型或湍流風速模型。這個風模型基于參考風速Vref

10、 和一個確定的湍流標準偏差б1。 ① 對于穩(wěn)態(tài)極端風速模型，50 年一遇（N=50 ）和1 年一遇(N=1) 極端風速（3s 的平均值）Ve50 和Vel 應作為高度z 的函數(shù)用下式計算： Ve50 （z）＝1.4Vref （z／zhub）0.11 Vel （z）＝0.8 Ve50 （z） 式中：zhub—— 輪轂高，假定與平均風向短期偏離為±15°。 參考風速Vref 按表2.2.2.1 選取。 ② 對于湍流極端風速模型，50 年一遇（N=50 ）和1 年一遇(N=1) 的風速10min 的平均值作為高度z 的函數(shù)用下式給出： Ve50 （z）＝Vref （z／zhub

11、）0.11 Vel （z）＝0.8 Ve50 （z） 縱向湍流標準偏差б1 ①至少等于0.11 Vhub 。 (2) 極端運行陣風（EOG） 對標準等級的風力發(fā)電機組，輪轂高度處的陣風幅值Vgust②由下列關系式給出： ? 式中：б1—— 標準偏差，按本節(jié)2.2.3.4（3）a)中的公式計算； ∧1—— 湍流尺度參數(shù)，按本節(jié)的公式選??； ?D —— 風輪直徑；風速由下列方程式確定： ? ??????????????? ? 極端風向變化幅值θeN 按下列關系式計算： ? ? 其中：T＝6s為極端風向瞬時變化的持續(xù)時間。通過選擇θN(t)的取值情況來

12、確定產(chǎn)生最嚴重瞬時加載。在風向瞬時變化結(jié)束時，假定風向保持不變，并按本節(jié)2.2.3.4（2）中的公式確定風速。 (4) 極端湍流模型（ETM） 極端湍流模型應使用本節(jié)2.2.3.4（2）的正常風廓線模型。湍流縱向分量標準偏差按下式計算： б1＝c I ref [0.072（Vave / c + 3）（Vhub / c - 4）+10] 式中： c=2 m/s (5) 方向變化的極端持續(xù)陣風（ECD）方向變化的極端持續(xù)陣風的幅值為： Vcg ＝15m/s 風速由下式確定： ? ? 式中T=10s 是上升時間，風速V（z）按本節(jié)2.2.3.4（2）的正常風廓線模型給出

13、。 假定風速的上升與風向的變化θcg(0 到θcg )同時發(fā)生。θcg 由下面的關系式確定： ? ? ? ? ? 此處上升時間T＝10 s。 (6) 極端風切變（EWS） 應用下列兩個瞬時風速來計算極端風切變： 瞬時垂直風切變（有正負號）： ? ? ? ? ????????????? 其它環(huán)境條件 ????????????? 除風速外，其它環(huán)境（氣候）條件如熱、光、化學、腐蝕、機械、電或其它物理作用都 ? 會影響風力發(fā)電機組的完整性和安全性，且氣候因素共同作用會更加劇這種影響。至少應考慮下列其它環(huán)境條件，并應將其影響在設計文件中說明： ????

14、????????? — 溫度； ????????????? — 濕度； ????????????? — 空氣密度； ????????????? — 太陽輻射； ????????????? — 降雨、冰雹、覆冰和積雪； ????????????? — 化學活性物質(zhì)； ????????????? — 機械活動顆粒； ????????????? — 雷電； ????????????? — 地震； ????????????? — 鹽霧； ????????????? — 沙塵。近海環(huán)境，需要考慮附加特殊條件。設計中的氣候條件可依照慣用值或氣候條件變化范圍來確定。選擇設計值時，諸多氣候

15、條件同時 ? 出現(xiàn)的可能性也應予以考慮。對應1 年周期里正常范圍內(nèi)氣候變化不應影響風力發(fā)電機組設計的正常運行工況。除相關因素外，本節(jié)2.2.4.3 中的極端環(huán)境條件應和本節(jié)2.2.3.4 中正常風況同時考慮。 2.2.4.2 ?????? 其它正常環(huán)境條件應考慮的其它正常環(huán)境條件包括：－設備正常工作環(huán)境溫度范圍-20℃～40℃； －最高相對濕度小于或等于95％；－大氣成分相當于無污染的內(nèi)陸大氣；－太陽輻射強度1000W/m2；－空氣密度1.225kg/m3。 由設計者規(guī)定附加外部環(huán)境條件參數(shù)時，這些參數(shù)值應在設計文件中說明，并應符合本社接受的 有關標準的要求。 2.2.4.3 ?

16、????? 其它極端環(huán)境條件 風力發(fā)電機組設計中應考慮的其它極端環(huán)境條件包括溫度、雷電、覆冰和地震。 ????????????? (1) 溫度標準安全等級風力發(fā)電機組極端設計溫度范圍值至少應為-20℃～50℃ ????????????? ① 如果安裝場地的溫度多年來平均每年低于-20℃或高于50℃的全年天數(shù)超過9 天，則溫度的上下限就得相應改變，且應驗證風力發(fā)電機組的運行和結(jié)構(gòu)噪聲在所選溫度范圍內(nèi)。如場地在多年內(nèi)的平均溫度與本節(jié)2.2.4.2 中的設計溫度有超過15℃的偏差，則應予以考慮。 ????????????? ② 應考慮極端溫度的以下影響： —空氣密度； —材料的力學性能；

17、 —熱膨脹系數(shù)及其導致的應力； —降溫或升溫設備的周圍溫度； —電子設備及電子元件對溫度的要求； —安全控制系統(tǒng)中的元器件失效溫度。 —結(jié)冰對空氣動力系數(shù)的影響。 ????????????? (2) 雷電本規(guī)范第10 章防雷電措施適于標準等級的風力發(fā)電機組。 ????????????? (3) 覆冰 標準等級的風力發(fā)電機組（安裝在結(jié)冰地區(qū)）應按以下情況考慮覆冰影響： ????????????? ① 風輪不旋轉(zhuǎn)時，所有表面（包括風輪葉片）覆冰厚度達到30mm，冰的密度ρE=700kg/m3。 ????????????? ② 風輪旋轉(zhuǎn)時，要考慮所有風輪葉片上的覆冰和除一個葉片

18、以外其它風輪葉片上的覆冰兩種工 ? 況。其質(zhì)量分布（質(zhì)量/單位長度）假定在葉片前緣，從風輪軸心為零到0.5R處線性增加到μE，從0.5R 到葉片外端R處保持為常量，μE值計算如下： ? ? 式中：μE＝覆冰質(zhì)量分布[kg/m]； ρE=冰的密度（700kg/m3）； cmax= 葉片最大弦長； cmin= 葉梢處弦長，從葉片輪廓線線性外推； k=0.00675+0.3exp(-0.32R/R1)。 式中：R=風輪半徑； ?R1=1m。 ? ? (4) 地震 標準等級的風力發(fā)電機組未提出抗震要求，因為地震僅發(fā)生在世界上的少數(shù)區(qū)域。在有可能發(fā)生地震的地區(qū)

19、，應對風力發(fā)電機組的場地條件驗證工程的完整性。地震載荷評估可基于本規(guī)范附錄5。載荷評估應考慮地震載荷和其它重要的、經(jīng)常發(fā)生的運行負荷的組合。 地震載荷應由當?shù)匾?guī)范所規(guī)定的地面加速度和響應譜的要求來確定。如當?shù)匾?guī)范不適用或沒有提供 地面加速度和響應譜，則應對其進行適當?shù)脑u估。地面加速度應按475 年的重現(xiàn)期評估。地震載荷應和運行負荷疊加，其中運行負荷應取下述兩種情況中的較大值： ??? ? ① 風力發(fā)電機組壽命期內(nèi)正常發(fā)電期間載荷的平均值； ??? ? ② 在選定的風速下緊急關機期間的載荷，因關機前的載荷等于上述①所獲得的載荷。 所有載荷分量的局部安全系數(shù)應取為1.0 。地震載荷評估可用

20、頻域方法進行。該方法中，運行負荷直接加上地震載荷。地震載荷評估也可用時域方法進行。該方法中，應采取充分的模擬以保證運行負荷代表上述①或② ? 的時間平均值。上述任一種評估中所使用的塔架固有振動模態(tài)的階數(shù)應按通用的地震規(guī)范來選取。如無這樣的規(guī)范，應使用總質(zhì)量的85％的總模態(tài)質(zhì)量的連續(xù)模態(tài)。結(jié)構(gòu)抗力的評估可僅假設為彈性響應或韌性能量損耗。但對所使用的特殊類型的結(jié)構(gòu)（如晶格結(jié)構(gòu)和螺栓連接件）應進行后期評估修正。塔架的載荷計算和組合見本規(guī)范附錄5 的保守方法。如除了塔架外，地震還可能引起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重要載荷，則不應使用本規(guī)范附錄5 的方法。 ? ???? ?電網(wǎng)條件 ????? 以下列出設計中

21、要考慮的風力發(fā)電機組輸出端正常條件。當相關參數(shù)在下述范圍內(nèi)時， ? ????? 應采用正常電網(wǎng)條件：——電壓：額定值±10％； ——頻率：額定值±2％； ——三相電壓不穩(wěn)定度：電壓的負序分量與正序分量的比值不超過2％； ——自動并網(wǎng)的時間間隔：應考慮第一次合閘后的重合時間間隔為0.1s～5s 和第二次合閘后的重合時間間隔為10s～90s?！獢嚯姡杭俣ㄒ荒陜?nèi)電網(wǎng)斷電20 次，斷電持續(xù)時間不超過6h①可認為是正常工況。風力發(fā)電機組設計的最長斷電持續(xù)時間為1 周。 相關新聞 · 風力發(fā)電機組規(guī)范(總則) 世界風力發(fā)電網(wǎng)版權(quán)與免責聲明 凡本網(wǎng)的所有作品，均來源于互聯(lián)網(wǎng)，僅供參考，本網(wǎng)站不承擔相關任何法律責任, 讀者具體操作，風險自負!