風力發(fā)電機組標準

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)構長期承載和運行狀態(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 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 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）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。 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：               — 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        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； —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)，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（如晶格結(jié)構和螺栓連接件）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。——斷電：假定一年內(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!