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1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)(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(cuò)誤) 一般要求 在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)中，至少應(yīng)考慮本節(jié)所述的外部條件。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(yùn)行等方面。為保證安全和可靠性，在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮到環(huán)境、電網(wǎng)和土壤參數(shù)，并在設(shè)計(jì)文件中明確規(guī)定。環(huán)境條件可劃分為風(fēng)況和其它外部條件。土壤特性關(guān)系到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。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)長期承載和運(yùn)行狀態(tài)。極端外部條件是潛在的臨界外部設(shè)計(jì)條件。設(shè)計(jì)載荷系由這些外部條件和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)
2、行狀態(tài)組合而成。對結(jié)構(gòu)整體而言，風(fēng)況是最基本的外部條件。其它環(huán)境條件對設(shè)計(jì)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(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全等級的要求，設(shè)計(jì)中要考慮本節(jié)所述的正常外部條件和極端外部條件。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組分級 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)中，外部條件應(yīng)由其安裝場地和場地類型決定。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全等級及相應(yīng)的風(fēng)速和風(fēng)湍流參數(shù)應(yīng)符合表2.2.2.1 的規(guī)定。對需要特殊設(shè)計(jì)（如特殊風(fēng)況或其它特殊外部條件）的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，規(guī)定了特殊安全等級S 級。S 級風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)值由設(shè)計(jì)者確定，并應(yīng)在設(shè)計(jì)文件中詳細(xì)說明。對這樣的特殊設(shè)計(jì)，選取的設(shè)計(jì)值所反映的外部條件比預(yù)期使用的外部條件更為惡劣。近海安裝為
3、特殊外部條件，要求風(fēng)力發(fā)電機(jī)組按S 級設(shè)計(jì)。各等級風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本參數(shù) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組等級I II III S 參考風(fēng)速Vrefm/s 50 42.5 37.5 由設(shè)計(jì)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)為輪轂高度處值，其中： A 表示較高湍流特性級；參考風(fēng)速Vref 為10min 平均風(fēng)速； B 表示中等湍流特性級；I 15 風(fēng)速為15m/s 時(shí)的湍流強(qiáng)度特性值。 C 表示較低湍流特性級； 除表基本參數(shù)外，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)中，還需要某些更重要的參數(shù)來規(guī)定外部條件。對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組IAIIIC 級，統(tǒng)稱為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的標(biāo)準(zhǔn)等級，在本節(jié)
4、2.2.3 、2.2.4 、2.2.5 中規(guī)定了這些等級的補(bǔ)充參數(shù)值。 一般風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)壽命應(yīng)為20 年。 對S 級風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，制造商應(yīng)在設(shè)計(jì)文件中闡述所采用的模型及主要設(shè)計(jì)參數(shù)值。采用本章模型時(shí)，對其參數(shù)值應(yīng)作充分的說明。S 級風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)文件應(yīng)包含本規(guī)范附錄3 所列內(nèi)容。 風(fēng)況 風(fēng)況的設(shè)計(jì)值須在設(shè)計(jì)文件中明確規(guī)定，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組應(yīng)能承受所確定安全等級的風(fēng)況。 從載荷和安全角度考慮，風(fēng)況可分為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正常工作期間頻繁出現(xiàn)的正常風(fēng)況和1 年或50 年一遇的極端風(fēng)況。 在許多情況下，風(fēng)況可視為定常流與變化的陣風(fēng)廓線或湍流的結(jié)合，在所有情況下，應(yīng)考慮平均氣流相對水平面成8 角時(shí)的影
5、響。假定此傾斜角不隨高度改變而變化。 正常風(fēng)況(1) 風(fēng)速分布場地的風(fēng)速分布對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。對于正常設(shè)計(jì)狀態(tài)，其決定各載荷情況出現(xiàn)的頻率。應(yīng)采用10min 時(shí)間周期內(nèi)的平均風(fēng)速，來得到輪轂高度處平均風(fēng)速Vhub 的瑞利分布PR(Vhub)，并由下式給出：P R（Vhub）1 exp （Vhub2Vave）2 式中：Vave 0.2 Vref ，對標(biāo)準(zhǔn)等級的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。(2) 正常風(fēng)廓線模型（NWP） 風(fēng)廓線V（z）可表示成平均風(fēng)速隨離地高度z 的變化函數(shù)，對標(biāo)準(zhǔn)等級的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，正常風(fēng)廓線由下列冪定律公式給出：V（z）V hub（zz hub）a 式中：zhub 輪轂高度，冪
6、指數(shù)假定為0.2。風(fēng)廓線用于確定穿過風(fēng)輪掃掠面的平均垂直風(fēng)切變。(3) 正常湍流模型（NTM） 風(fēng)湍流是指10min 內(nèi)平均風(fēng)速的隨機(jī)變化。風(fēng)湍流模型應(yīng)包括風(fēng)速變化，風(fēng)向變化和旋轉(zhuǎn)采樣的影響。湍流風(fēng)速的三個(gè)矢量分量分別定義如下：縱向分量：沿著平均風(fēng)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(biāo)準(zhǔn)偏差特性值1，在給定輪轂高度的風(fēng)速應(yīng)按概率分布為90%分位點(diǎn)值給出。對標(biāo)準(zhǔn)等級的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組, 隨機(jī)風(fēng)湍流模型速度場應(yīng)滿足下列要求：a）縱向風(fēng)速分量的標(biāo)準(zhǔn)偏差特性值1 由下式給出：1I 15（0.75Vhub + b） 式中：b=5.6 m/s
7、； I15 由表2.2.2.1 給出。假定標(biāo)準(zhǔn)偏差不隨離地面高度變化。平均風(fēng)速方向的垂直分量應(yīng)具有以下最小標(biāo)準(zhǔn)偏差： 橫向分量：20.71 豎向分量：30.51 b）在慣性子區(qū)間，三個(gè)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(yīng)逼近下列漸近線形式：S1（f）0.05（1）2（1 / Vhub）-2/3 f -5/3 S2（f）= S3（f）= 4/3 S1（f） 在輪轂高度，縱向湍流尺度參數(shù)1 由下式確定：c）應(yīng)使用公認(rèn)的模型，且模型的相關(guān)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(diǎn)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
8、本規(guī)范附錄4。在附錄4 中，也給出了另一個(gè)滿足上述要求的經(jīng)常使用的模型。其它模型應(yīng)慎重使用，因?yàn)槟Ｐ偷倪x擇會對載荷產(chǎn)生重大影響。2.2.3.5 極端風(fēng)況極端風(fēng)況用于確定風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的極端風(fēng)載荷。極端風(fēng)況包括由暴風(fēng)造成的風(fēng)速峰值、風(fēng)向和風(fēng)速的迅速變化。(1) 極端風(fēng)速模型（EWM）EWM 可以是穩(wěn)態(tài)風(fēng)速模型或湍流風(fēng)速模型。這個(gè)風(fēng)模型基于參考風(fēng)速Vref 和一個(gè)確定的湍流標(biāo)準(zhǔn)偏差1。 對于穩(wěn)態(tài)極端風(fēng)速模型，50 年一遇（N=50 ）和1 年一遇(N=1) 極端風(fēng)速（3s 的平均值）Ve50 和Vel 應(yīng)作為高度z 的函數(shù)用下式計(jì)算：Ve50 （z）1.4Vref （zzhub）0.11 Vel （
9、z）0.8 Ve50 （z） 式中：zhub 輪轂高，假定與平均風(fēng)向短期偏離為15。參考風(fēng)速Vref 按表2.2.2.1 選取。 對于湍流極端風(fēng)速模型，50 年一遇（N=50 ）和1 年一遇(N=1) 的風(fēng)速10min 的平均值作為高度z 的函數(shù)用下式給出：Ve50 （z）Vref （zzhub）0.11 Vel （z）0.8 Ve50 （z） 縱向湍流標(biāo)準(zhǔn)偏差1 至少等于0.11 Vhub 。(2) 極端運(yùn)行陣風(fēng)（EOG） 對標(biāo)準(zhǔn)等級的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，輪轂高度處的陣風(fēng)幅值Vgust由下列關(guān)系式給出： 式中：1 標(biāo)準(zhǔn)偏差，按本節(jié)2.2.3.4（3）a)中的公式計(jì)算；1 湍流尺度參數(shù)，按本節(jié)的公式
10、選??；D 風(fēng)輪直徑；風(fēng)速由下列方程式確定：極端風(fēng)向變化幅值eN 按下列關(guān)系式計(jì)算： 其中：T6s為極端風(fēng)向瞬時(shí)變化的持續(xù)時(shí)間。通過選擇N(t)的取值情況來確定產(chǎn)生最嚴(yán)重瞬時(shí)加載。在風(fēng)向瞬時(shí)變化結(jié)束時(shí)，假定風(fēng)向保持不變，并按本節(jié)2.2.3.4（2）中的公式確定風(fēng)速。 (4) 極端湍流模型（ETM） 極端湍流模型應(yīng)使用本節(jié)2.2.3.4（2）的正常風(fēng)廓線模型。湍流縱向分量標(biāo)準(zhǔn)偏差按下式計(jì)算：1c 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(fēng)（ECD）方向變化的極端持續(xù)陣風(fēng)的幅值為：Vcg 15m/s 風(fēng)
11、速由下式確定：式中T=10s 是上升時(shí)間，風(fēng)速V（z）按本節(jié)2.2.3.4（2）的正常風(fēng)廓線模型給出。假定風(fēng)速的上升與風(fēng)向的變化cg(0 到cg )同時(shí)發(fā)生。cg 由下面的關(guān)系式確定：此處上升時(shí)間T10 s。(6) 極端風(fēng)切變（EWS） 應(yīng)用下列兩個(gè)瞬時(shí)風(fēng)速來計(jì)算極端風(fēng)切變：瞬時(shí)垂直風(fēng)切變（有正負(fù)號）： 其它環(huán)境條件 除風(fēng)速外，其它環(huán)境（氣候）條件如熱、光、化學(xué)、腐蝕、機(jī)械、電或其它物理作用都會影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(yīng)考慮下列其它環(huán)境條件，并應(yīng)將其影響在設(shè)計(jì)文件中說明： 溫度； 濕度； 空氣密度； 太陽輻射； 降雨、冰雹、覆冰和積雪； 化學(xué)活
12、性物質(zhì)； 機(jī)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)值時(shí)，諸多氣候條件同時(shí)出現(xiàn)的可能性也應(yīng)予以考慮。對應(yīng)1 年周期里正常范圍內(nèi)氣候變化不應(yīng)影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)的正常運(yùn)行工況。除相關(guān)因素外，本節(jié)2.2.4.3 中的極端環(huán)境條件應(yīng)和本節(jié)2.2.3.4 中正常風(fēng)況同時(shí)考慮。2.2.4.2 其它正常環(huán)境條件應(yīng)考慮的其它正常環(huán)境條件包括：設(shè)備正常工作環(huán)境溫度范圍-2040；最高相對濕度小于或等于95；大氣成分相當(dāng)于無污染的內(nèi)陸大氣；太陽輻射強(qiáng)度1000W/m2；空氣密度1.225kg/m3。由設(shè)計(jì)者規(guī)定附加
13、外部環(huán)境條件參數(shù)時(shí)，這些參數(shù)值應(yīng)在設(shè)計(jì)文件中說明，并應(yīng)符合本社接受的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。2.2.4.3 其它極端環(huán)境條件風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)中應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)安全等級風(fēng)力發(fā)電機(jī)組極端設(shè)計(jì)溫度范圍值至少應(yīng)為-2050 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(yīng)改變，且應(yīng)驗(yàn)證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)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(shè)計(jì)溫度有超過15的偏差，則應(yīng)予以考慮。 應(yīng)考慮極端溫度的以下影響：空氣密度；材料的力學(xué)性能；熱膨脹系數(shù)及其導(dǎo)致的應(yīng)力；降溫或升溫設(shè)
14、備的周圍溫度；電子設(shè)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(biāo)準(zhǔn)等級的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。 (3) 覆冰標(biāo)準(zhǔn)等級的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（安裝在結(jié)冰地區(qū)）應(yīng)按以下情況考慮覆冰影響： 風(fēng)輪不旋轉(zhuǎn)時(shí)，所有表面（包括風(fēng)輪葉片）覆冰厚度達(dá)到30mm，冰的密度E=700kg/m3。 風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，要考慮所有風(fēng)輪葉片上的覆冰和除一個(gè)葉片以外其它風(fēng)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(fēng)輪軸心為零到0.5R處線性增加到E，從0.5R 到葉片外端R處保持為常量，E值計(jì)算如下： 式中：E覆冰質(zhì)量分布kg/m；
15、E=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(fēng)輪半徑；R1=1m。(4) 地震標(biāo)準(zhǔn)等級的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組未提出抗震要求，因?yàn)榈卣饍H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)，應(yīng)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的場地條件驗(yàn)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(yīng)考慮地震載荷和其它重要的、經(jīng)常發(fā)生的運(yùn)行負(fù)荷的組合。地震載荷應(yīng)由當(dāng)?shù)匾?guī)范所規(guī)定的地面加速度和響應(yīng)譜的要求來確定。如當(dāng)?shù)匾?guī)范不適用或沒有提供地面加速度和響應(yīng)譜，則應(yīng)對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑u估。地面加速度應(yīng)按475 年
16、的重現(xiàn)期評估。地震載荷應(yīng)和運(yùn)行負(fù)荷疊加，其中運(yùn)行負(fù)荷應(yīng)取下述兩種情況中的較大值： 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組壽命期內(nèi)正常發(fā)電期間載荷的平均值； 在選定的風(fēng)速下緊急關(guān)機(jī)期間的載荷，因關(guān)機(jī)前的載荷等于上述所獲得的載荷。 所有載荷分量的局部安全系數(shù)應(yīng)取為1.0 。地震載荷評估可用頻域方法進(jìn)行。該方法中，運(yùn)行負(fù)荷直接加上地震載荷。地震載荷評估也可用時(shí)域方法進(jìn)行。該方法中，應(yīng)采取充分的模擬以保證運(yùn)行負(fù)荷代表上述或的時(shí)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(yīng)按通用的地震規(guī)范來選取。如無這樣的規(guī)范，應(yīng)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(shè)為彈性響應(yīng)或韌性能量損耗。但對所使用的特殊
17、類型的結(jié)構(gòu)（如晶格結(jié)構(gòu)和螺栓連接件）應(yīng)進(jìn)行后期評估修正。塔架的載荷計(jì)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(yīng)使用本規(guī)范附錄5 的方法。 電網(wǎng)條件 以下列出設(shè)計(jì)中要考慮的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出端正常條件。當(dāng)相關(guān)參數(shù)在下述范圍內(nèi)時(shí)， 應(yīng)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(fù)序分量與正序分量的比值不超過2； 自動并網(wǎng)的時(shí)間間隔：應(yīng)考慮第一次合閘后的重合時(shí)間間隔為0.1s5s 和第二次合閘后的重合時(shí)間間隔為10s90s。斷電：假定一年內(nèi)電網(wǎng)斷電20 次，斷電持續(xù)時(shí)間不超過6h可認(rèn)為是正常工況。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)的最長斷電持續(xù)時(shí)間為1 周。相關(guān)新聞 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組規(guī)范(總則)世界風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)版權(quán)與免責(zé)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(dān)相關(guān)任何法律責(zé)任, 讀者具體操作，風(fēng)險(xiǎn)自負(fù)!
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