風(fēng)力發(fā)電機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)

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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(guó)船級(jí)社 　　 外部條件 (內(nèi)容沒(méi)經(jīng)過(guò)教對(duì),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(zhǎng)期承

2、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)行狀態(tài)組合而成。 ?????對(duì)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(duì)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(jí)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(jí) ?????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(chǎng)地和場(chǎng)地類型決定。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全等級(jí)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(duì)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

3、等級(jí)——S 級(jí)。S 級(jí)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(shuō)明。對(duì)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。近海安裝為特殊外部條件，要求風(fēng)力發(fā)電機(jī)組按S 級(jí)設(shè)計(jì)。 ? 各等級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本參數(shù)① 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組等級(jí) ?I II III S 參考風(fēng)速Vref〔m/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

4、高度處值，其中： ????? A 表示較高湍流特性級(jí)；參考風(fēng)速Vref 為10min 平均風(fēng)速； ????? B 表示中等湍流特性級(jí)；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(jí)； ???? ?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(lái)規(guī)定外部條件。對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組IA～I(xiàn)IIC 級(jí)，統(tǒng)稱為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)，在本節(jié)2.2.3 、2.2.4 、2.2.5 中規(guī)定了這些等級(jí)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(duì)S 級(jí)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)

5、計(jì)參數(shù)值。采用本章模型時(shí)，對(duì)其參數(shù)值應(yīng)作充分的說(shuō)明。S 級(jí)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(jí)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(duì)水平面成8о 角時(shí)的影響。假定此傾斜角

6、不隨高度改變而變化。 ????????????? ? ????????????? 正常風(fēng)況 ? (1) 風(fēng)速分布 場(chǎng)地的風(fēng)速分布對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。對(duì)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(lái)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 〔—π（Vhub∕2Vave）2 〕式中：Vave ＝0.2 Vref ，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)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(duì)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，正常風(fēng)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(fēng)廓線用于確定穿過(guò)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(duì)于正常湍流模型，湍流標(biāo)準(zhǔn)偏差特性值б1，在給定輪轂高度的風(fēng)速應(yīng)按概率分布為90%①分位點(diǎn)值給出。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組, 隨機(jī)風(fēng)湍

8、流模型速度場(chǎng)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(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(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（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(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(jiàn)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(huì)對(duì)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

10、 和一個(gè)確定的湍流標(biāo)準(zhǔn)偏差б1。 ① 對(duì)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 （z／zhub）0.11 Vel （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。 ② 對(duì)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 （z／zhub

11、）0.11 Vel （z）＝0.8 Ve50 （z） 縱向湍流標(biāo)準(zhǔn)偏差б1 ①至少等于0.11 Vhub 。 (2) 極端運(yùn)行陣風(fēng)（EOG） 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，輪轂高度處的陣風(fēng)幅值Vgust②由下列關(guān)系式給出： ? 式中：б1—— 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θeN 按下列關(guān)系式計(jì)算： ? ? 其中：T＝6s為極端風(fēng)向瞬時(shí)變化的持續(xù)時(shí)間。通過(guò)選擇θN(t)的取值情況來(lái)

12、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： 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(fēng)（ECD）方向變化的極端持續(xù)陣風(fēng)的幅值為： Vcg ＝15m/s 風(fēng)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

13、。 假定風(fēng)速的上升與風(fēng)向的變化θcg(0 到θcg )同時(shí)發(fā)生。θcg 由下面的關(guān)系式確定： ? ? ? ? ? 此處上升時(shí)間T＝10 s。 (6) 極端風(fēng)切變（EWS） 應(yīng)用下列兩個(gè)瞬時(shí)風(fēng)速來(lái)計(jì)算極端風(fēng)切變： 瞬時(shí)垂直風(fēng)切變（有正負(fù)號(hào)）： ? ? ? ? ????????????? 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(huì)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(huì)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(shuō)明： ????

14、????????? — 溫度； ????????????? — 濕度； ????????????? — 空氣密度； ????????????? — 太陽(yáng)輻射； ????????????? — 降雨、冰雹、覆冰和積雪； ????????????? — 化學(xué)活性物質(zhì)； ????????????? — 機(jī)械活動(dòng)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(lái)確定。選擇設(shè)計(jì)值時(shí)，諸多氣候

15、條件同時(shí) ? 出現(xiàn)的可能性也應(yīng)予以考慮。對(duì)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-20℃～40℃； －最高相對(duì)濕度小于或等于95％；－大氣成分相當(dāng)于無(wú)污染的內(nèi)陸大氣；－太陽(yáng)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(shuō)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 ?

16、????? 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(jí)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-20℃～50℃ ????????????? ① 如果安裝場(chǎng)地的溫度多年來(lái)平均每年低于-20℃或高于50℃的全年天數(shù)超過(guò)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(chǎng)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(guò)15℃的偏差，則應(yīng)予以考慮。 ????????????? ② 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；

17、 —熱膨脹系數(shù)及其導(dǎo)致的應(yīng)力； —降溫或升溫設(shè)備的周圍溫度； —電子設(shè)備及電子元件對(duì)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(duì)空氣動(dòng)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(jí)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。 ????????????? (3) 覆冰 標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)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： ????????????? ① 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ρE=700kg/m3。 ????????????? ② 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

18、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(zhǎng)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μE，從0.5R 到葉片外端R處保持為常量，μE值計(jì)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(zhǎng)； cmin= 葉梢處弦長(zhǎng)，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(jí)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)

19、，應(yīng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的場(chǎng)地條件驗(yàn)證工程的完整性。地震載荷評(píng)估可基于本規(guī)范附錄5。載荷評(píng)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(lái)確定。如當(dāng)?shù)匾?guī)范不適用或沒(méi)有提供 地面加速度和響應(yīng)譜，則應(yīng)對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑u(píng)估。地面加速度應(yīng)按475 年的重現(xiàn)期評(píng)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： ??? ? ① 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； ??? ? ② 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①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(píng)估可用

20、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(píng)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①或② ? 的時(shí)間平均值。上述任一種評(píng)估中所使用的塔架固有振動(dòng)模態(tài)的階數(shù)應(yīng)按通用的地震規(guī)范來(lái)選取。如無(wú)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(píng)估可僅假設(shè)為彈性響應(yīng)或韌性能量損耗。但對(duì)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(yīng)進(jìn)行后期評(píng)估修正。塔架的載荷計(jì)算和組合見(jiàn)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

21、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(guò)2％； ——自動(dòng)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0.1s～5s 和第二次合閘后的重合時(shí)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(shí)間不超過(guò)6h①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(zhǎng)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(lái)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)!