劉天龍

【摘要】風電場設(shè)計需要考慮的外部因素取決于風機安裝的高度。風機等級根據(jù)風速和湍流參數(shù)確定。等級的目的是為了覆蓋大部分應(yīng)用。風速和湍流參數(shù)值的目的欲代表多個不同的場所，并且不給任何特定地點的一個精確的表示，風機分類提供了一個穩(wěn)健的清晰的風速和湍流參數(shù)定義。指定了基本參數(shù)。

【關(guān)鍵詞】鐵列克提風區(qū) 極大風速 IEC61400-1

特殊的風機類別S類，根據(jù)設(shè)計者或客戶要求，規(guī)定在特殊風速或特殊外部條件或特殊安全類別中應(yīng)用。S類風機設(shè)計值應(yīng)有設(shè)計者選擇，并且應(yīng)當在設(shè)計文件中規(guī)定。對于這樣的特別設(shè)計，對于設(shè)計條件值的選擇應(yīng)當反映風機使用的預(yù)期嚴重的環(huán)境。風電機組類別基本參數(shù)見下表。

兵團第九師位于新疆維吾爾自治區(qū)西北部，師所轄11個團場分布于塔城地區(qū)的塔城市、額敏縣、裕民縣、托里縣境內(nèi)。九師地處準噶爾盆地以西山地，為天山北部較特殊的加里東、海西褶皺帶，北起塔爾巴哈臺山，南向博羅霍洛山延伸。

塔城地區(qū)鐵列克提風區(qū)位于兵團第九師161團鐵列克提區(qū)域，裕民縣境內(nèi)，距離裕民縣約78公里，距離九師師部額敏縣約135公里，距離塔城市約132公里，距阿拉山口口岸約61km。風電場區(qū)域的海拔高度約在630～880m，場地開闊，地形較平坦。

風區(qū)內(nèi)有一座測風塔，編號為0152#，分別觀測100m、90m、80m、40m和20m的風速和100m和60m的風向，同時在10m處進行氣壓和溫度的觀測。

目前對于極端風況的分析主要采取以下幾種方法：利用鄰近氣象站進行MCP相關(guān)預(yù)測、IEC61400-1中的極端風況模型（EWM）、五日最大風速取樣法、根據(jù)GB5009-2001規(guī)范的風壓表估算50年一遇的最大10min平均風速、根據(jù)年平均風速的五倍關(guān)系估算50年一遇的最大10min平均風速等一系列方法。

1、鄰近氣象站相關(guān)預(yù)測

根據(jù)裕民氣象站1960～2008年歷年實測最大2min風速，先將其換算成10min風速，再采用極值I型概率分布統(tǒng)計出50年一遇10m高10min平均最大設(shè)計風速為30.0m/s（50年一遇極大風速取50年一遇最大風速的1.4倍）。50年一遇最大風速計算公式為：

式中：V為風速；u=11.55為分布位置參數(shù)；α=0.5825為分布尺度參數(shù)。

根據(jù)《電力工程氣象勘測技術(shù)規(guī)程》DL/T5158-2012中山區(qū)風壓調(diào)整系數(shù)取值，選取1.1作為氣象站10m高設(shè)計風速與測風塔10m高設(shè)計風速之間的換算系數(shù)，取測風塔實測年風切變指數(shù)數(shù)值，計算出預(yù)裝輪轂高度80m處50年一遇最大風速為38.8m/s，70m處50年一遇最大風速為38.4m/s，此值為實際空氣密度下計算結(jié)果，需要折算到標準空氣密度下。

0152#測風塔70m與氣象站10m高度風速數(shù)據(jù)相關(guān)分析圖

鐵列克提風電場地處中國邊境，鄰近氣象站較遠，利用裕民氣象站的氣象數(shù)據(jù)，先計算氣象站的50年一遇最大風速，因無與測風塔同期相關(guān)關(guān)系，無法進行MCP相關(guān)預(yù)測，故參考電力工程規(guī)范，推算得到鐵列克提風區(qū)80m高度50年一遇最大風速38.8m/s，標準空氣密度下為37.4m/s。

2、IEC61400-1中的極端風況模型（EWM）

IEC61400-1（2005版）標準中規(guī)定對于風電場的極端風況推算，可以采用極端風況模型（EWM），其計算方法為1年一遇的10min最大風速為50年一遇的10min最大風速的0.8倍：

極端風速模型應(yīng)為穩(wěn)定或湍流模型。風模式應(yīng)基于參考風速，，和固定湍流標準偏差，。對于穩(wěn)定極端風模型，極端風速為的重現(xiàn)周期為50年，極端風速為的重現(xiàn)周期為1年，應(yīng)當用高度Z的函數(shù)進行計算，方程式如下：

在穩(wěn)定的極端風速模型中，平均風向的短期偏差修正值應(yīng)假定常量偏角的誤差在±15°。

對于不穩(wěn)定的極端風速模型，復發(fā)周期為50年和1年的十分鐘內(nèi)均風速的函數(shù)值Z，應(yīng)當分別給出：

縱向湍流標準偏差應(yīng)該為：

收集到的數(shù)據(jù)時段為2008/6/10～2010/3/1，總測風時段約為21個月，經(jīng)歷了兩個冬季，出現(xiàn)風速最高的月份為12月份，2008年的12月份，實測10min最大風速36.3m/s，2009年的12月份，實測10min最大風速34.2m/s。假設(shè)0152#測風塔測風期間80m高度測得的10min最大風速36.3m/s為一年一遇的10min最大風速，利用EWM模型推算得到鐵列克提風區(qū)80m高度50年一遇的10min最大風速為45.4m/s，標準空氣密度下為43.7m/s。

3、五日最大風速取樣法

五日最大風速取樣法是指，在實際測風年中每隔五日取一個最大風速值，利用這73（74）個最大風速樣本點采用極值I型概率分布函數(shù)進行推算。

對0152#測風塔的完整年按五日取最大值，其極值I型的C1、C2參數(shù)采用線性插值法得到：

C1=1.188756；C2=0.555614

利用C1、C2系數(shù)及相關(guān)推算參數(shù)，推算得到鐵列克提風區(qū)80m高度50年一遇的10min最大風速為35.4m/s。

4、根據(jù)GB5009-2001規(guī)范的風壓表估算50年一遇的最大10min平均風速

在國家《建筑結(jié)構(gòu)載荷規(guī)范》（GB50009-2001）中的全國風壓分布表，查得塔城地區(qū)50年一遇最大風壓為0.35，這是以氣象站的觀測高度10m為準的。用風壓公式反推，計算得到該地區(qū)10米高度50年一遇的最大10min平均風速為23.9m/s，再用大風速切變系數(shù)推算得80m高度的50年一遇最大10min平均風速為30.0m/s。

5、根據(jù)年平均風速的五倍關(guān)系估算50年一遇的最大10min平均風速

關(guān)于IEC61400-1標準中的的說明，標準中的該公式主要為機型設(shè)計提供參考。通過計算，年平均風速最大值為8.84m/s，取8.84m/s推算50年一遇的10min最大風速為44.2m/s，標準空氣密度下為42.6m/s。

6、 結(jié)論與建議

1、對比上述五種極風計算方法，方法2的50年一遇極風計算值相對較高。需要著重提出的是，方法2的50年一遇10min平均最大風速計算值43.7m/s較實際可能存在一定程度的高估，秉著謹慎的原則，為穩(wěn)妥起見，暫且選取標準空氣密度下43.7m/s進行極限載荷評估。

2、MCP在各種極風計算方法里，可信度相對較高，建議投資方收集裕民縣氣象站或者附近相關(guān)性較高的氣象站歷年最大風速以及與測風塔同期的逐小時風速風向數(shù)據(jù)，視情況采用MCP進行50年一遇極風的核算。

參考文獻：

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