GB T 29494-2013 小型垂直轴风力发电机组.pdf
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1、G噩ICS 27. laO F 11 中华人民共和国国家标准GB/T 29494-2013 小型垂直轴风力发电机组2013-10-01实施Small vertical axis wind turbines 发布中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会布一发nu nJ-写三也-r飞盯/3一梅、飞、JWo-RriH 2-drzy GB/T 29494-2013 目次前言.皿1 范围.2 规范性引用文件3 术语和定义4 技术要求-5 试验6 外观防护147 运输与贮放8 组装与安装9 操作与检修H10 标示1611 文件规定16附录A(规范性附录)关于引用文件GBjT18451
2、. 2-2012在执行过程中的额外说明17附录B(资料性附录)垂直轴风力发电机组简易载荷计算模型参考文献33I GB/T 29494-2013 目U吕本标准按照GB/T1. 1-2009给出的规则起草。本标准由中国机械工业联合会提出。本标准由全国风力机械标准化技术委员会CSACjTC50)归口。本标准起草单位:中国农业机械化科学研究院呼和浩特分院、申国农业机械工业协会风力机械分会、北京鉴衡认证中心、上海麟风风能科技有限公司、广州红鹰能源科技有限公司、深圳市泰玛风光能源科技有限公司、兰州理工大学、拓又达科技有限公司、平泉希翼绿色能源制造有限公司、山东大学。本标准主要起草人:王建平、祁和生、秦海岩
3、、严强、俞红鹰、吕波、李文艳、杨瑞、赵欣、宋汉军、刘淑琴。E / / / / / f ,: / 、飞、 / /干了二/ / / / / / / GB/T 29494-2013 小型垂直轴风力发电机组1 范围本标准规定了小型垂直轴风力发电机组(简称为垂直轴风力发电机组)的术语和定义、主要结构形式和参数、技术要求、试验方法、安装要求、标示、包装、运输及贮存。本标准适用于风轮扫掠面积小于200m2且输出电压交流小于1000V或直流小于1500V的垂直轴风力发电机组。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新
4、版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB 755-2008旋转电机定额和性能GB/T 2900. 53 电工术语风力发电机组GB 5226. 1-2008机械电气安全机械电气设备第1部分:通用技术条件GB 16895.3 建筑物电气装置第5-54部分:电气设备的选择和安装接地配置、保护导体和保护联结导体GB/T 176462013小型风力发电机组设计要求GB 17799.1 电磁兼容通用标准居住、商业和轻工业环境中的抗扰度试验GB 17799.3 电磁兼容通用标准居住、商业和轻工业环境中的发射标准GB/T 18451. 2 2012 风力发电机组功率特性测试GB/T 22516-2008风力
5、发电机组噪声测量方法GB/Z 254262010风力发电机组机械载荷测量GB/Z 25427-2010风力发电机组雷电防护GB/T 27025-2008 检测和校准实验室能力的通用要求GB 50009-2001 建筑结构载荷规范IEC 62103: 2003 电力装置用电子设备(Electronicequipment for use in power installations) 3 术语和定义GB/T 2900. 53界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3. 1 凤轮rotor 垂直轴风力发电机组将风能转化为机械能的主要装置,由叶片、叶片连接件、风轮轴三大部件组成。某些设计则以叶片与风轮轴
6、直接相连。图1为数种按照叶片型态分类的典型垂直轴风力发电机组设计简图,但本标准并不限于这些设计。1 G/T 29494-2013 Y Y, y叫马xsl (Savonius) 垂直轴风力发电机组hlade connection part 3. 1.3 3.2 3.3 3.4 凤轮轴由主轴发电机将机械控制器主要提变流器将发电/ / / 并网型两种。某些设计则将控制器和变流器整合为一体。3.5 支撑结构support structure , 、 Y, H旋翼型垂直轴风力发电机组设计能图 支撑风力发电机组系统并保证其平稳运行的结构,支撑结构可以是独立的塔架或基座,也可以是固定在其他装置上的结构(例如
7、建筑结构体、灯杆、拉索等)。3.6 扫掠面积swept area 与迎风方向垂直的风轮旋转面的投影面积。3. 7 轮鼓高度hub height 风轮扫掠面的几何中心距离地面的高度。2 G/T 29494-2013 4 技术要求4.1 技术范围垂直轴风力发电机组技术范围包含风轮、发电机、控制器、变流器及支撑结构(或塔架与基础)等主要部件。技术范围还需要考虑对外部环境的影响包括机组运转所产生的噪声、振动与电磁辐射等。4.2 一般要求4.2. 1 风力发电机组等组垂直轴风力发电机组设计应考虑其适用区域风况,主要依据轮毅高度的参考风速(Vf)、年平均风速(Vave)以及揣流强度。15),设计其适用等级
8、,等级划分应依据GB/T176462013中6.2的规定,如表1所示。表1垂直轴凤力发电机组等级小型风力发电机组等级I E 皿N S V,(m/s) 50 42. 5 37.5 30.0 Vm(m/s) 10 8.5 7.5 6. 0 由设计者规定各参数115 o. 18 o. 18 0.18 O. 18 a 2 2 2 2 注1:以上数值均适用于轮毅高度。注2:115为15m/s时端流强度元量纲特征值。注3:a为GB/T17646-2013的6.3.2.3中公式(7)所用的元量纲斜率参数。注4:S级是针对特殊要求(例如特殊风况、其他外部条件或特殊安全等级所定义。设计者选择S级风力发电机组,应
9、将设计值明载于设计报告中。有关此等特殊设计,设计条件中所选择的数值应至少要反映出小型风力发电机组使用环境中可预期的苛刻工况。S级风力发电机组的设计文件应包含GB/T17646一2013附录B所列的内容。4.2.2 工作条件4.2.2.1 一般环境条件垂直轴风力发电机组的设计应保证其整机系统在设计寿命期间,在一般环境工作条件下能维持正常运转。这些一般环境条件包括:一一环境温度范围:一20.C40 .C; 一一太阳辐射强度:1000 W/m2; 一环境相对湿度:95%;标准空气密度:1. 225 kg/旷(不同海拔高度的空气密度不同,应以适用的公式进行转换)。4.2.2.2 极端环境条件要求垂直轴
10、风力发电机组可以在一般环境条件以外生存运转,包括温度、雷击、结冰、沙尘、盐害、台风及地震。极端环境条件下运转的垂直轴风力发电机组,应保证其与此等环境条件直接相关的重要组件在设计寿命期间维持正常功能;该风力发电机组应接受极端环境条件模拟试验,宜采用整机模拟3 CBjT 29494-2013 实验。4.2.2.3 正常凤况条件垂直轴风力发电机组的设计应考虑其适用区域的风况条件,风况是影响结构完整性的主要外部条件。正常风况条件决定了风力发电机组正常运转下的结构疲劳载荷。正常风况应符合GBjT17646 2013中6.3.2所定义的模型,包括风速分布、正常风剖面模型(NW町、正常扰流模型(NTM)等相
11、关参数。4.2.2.4 极端凤况条件极端风况条件用以计算风力发电机组结构极限载荷,包含因暴风及风速与风向急速变化所产生的风速峰值。应符合GB/T17646-2013中6.3. 3所定义的模型,考虑1年或50年回归期下的极端风况,包括极端风速模型(EWM)、极端运转阵风(EOG)、极大风向变化(EDC)、极端持续阵风(ECG)、风向变化的极端持续阵风(ECD)等相关参数。对于不须对准特定风向或元需考虑转向误差的垂直轴风力发电机组,不需考虑风向变化。4.2.3 基本性能参数4.2.3. 1 切入风速:风力发电机组开始发电时,轮载高度处的最低平均风速。某些以外电驱动的电动机协助自启动的风力发电机组,
12、其切入风速的定义应以输出端净电功率输出为正值时的风速为切入风速。4.2.3.2 切出风速:风力发电机组在稳态风速(元揣流)下发电时,轮载高度处的最高平均风速。4.2.3.3 额定风速:对应于风力发电机组最大功率输出的特定风速。4.2.3.4 最大功率:风力发电机组在正常稳态运转时的最大1min平均输出功率。此处最大输出功率是指经由控制器或变流器调控过后的最大输出功率。4.2.3.5 相较额定功率:依据本标准试验方法所测量的功率曲线,在11m/s风速时的输出功率。4.2.3.6 年发电量:在风速分布符合瑞利分布时,假设风力发电机组可利用率为100%,依据本标准试验方法所测量功率曲线所估算的1台风
13、力发电机组1年内生产的全部电能。4.2.3.7 相较额定年发电量:在风速分布符合瑞利分布时,假设风力发电机组可利用率为100%,依据本标准试验方法测量功率曲线,以轮载高度年平均风速5m/s为基准所计算的年发电量。本参数目的在于让垂直轴风力发电机组在同一平均风速条件下有相同的年发电量比较基准。4.2.3.8 相较视在声压级:按瑞利风速分布,在年平均风速5m/s及距离风力发电机组60m时,依本标准中噪声测量方法测量,在风力发电机组正常运转期间95%时间内不会超过的声压值。本参数目的在于让垂直轴风力发电机组在同一个平均风速条件下有相同的噪声比较基准。4.2.3.9 风轮最大设计工作转速:风轮在所有设
14、计限速控制下,所能达到的最大转速,该值是以依据本标准试验方法中安全与功能试验实测结果并发表于正式测试报告的最大转速值为准,风轮最大设计工作转速用于计算强度评估中的离心力。4.2.3. 10 过速控制方式z垂直轴风力发电机组应具备当风速超过额定风速或风轮最大工作转速时能自动限速的控制机制。4.2.3. 11 最大电流z风力发电机组运转时在系统控制电路或功率转换电路输出及输入两侧所产生的最大瞬间电流。4.2.3. 12 最大电压z风力发电机组运转时(含开路状态)产生的最大瞬间电压。4.2.3.13 功率输出形式:储能或直接并网,或储能兼并网,或其他任何将风力发电机组输出功率运用至负载的方式。4.2
15、.3.14 功率系数:风力发电机组的净输出电功率与自由气流通过风轮扫掠面的风能的比值。净输GB/T 29494-2013 出电功率对离网型风力发电系统而言,是指充电控制器输出端的电能;对并网型风力发电系统而言,是指变流器输出端并人电网的电能。4.2.4 基本安全功能安全功能应考虑包括运转时可能危害系统稳定性及可能因而进一步危害人员与环境的因素,安全功能应能通过试验及/或分析加以验证,垂直轴风力发电机组设计至少应包括下列基本安全功能:a) 系统结构安全功能:风力发电机组应设计在正常风况下,各结构组件在正常寿命期间不致因结构疲劳而影响系统结构安全,在极限风况条件下各组件不致因结构极限强度破坏而影响
16、系统结构安全。b) 风轮过速保护功能:风力发电机组应具备使风轮转速在超过最大工作转速时,具有自动限速至最大设计转速以下、减速或完全停止的功能,该保护功能可为主动或被动控制。过速保护功能建议使用故障安全CFail-Safe)设计和冗余设计CRedundancy),这样设计能够使小型风力发电机过速保护功能不受任一单项保护装置失效的影响。c) 安全停机功能:最大功率1kW以上(含1kW)的风力发电机组的风轮转轴上应配备有机械式的安全停机装置,该装置应能通过自动(例如:控制器程序驱动电磁或油压制动装置等)或以于动(例如:按钮、开关或拉杆等驱动制动装置)的方式进行动作,并依所标称风力发电机组等级在所设计
17、载荷条件下将风力发电机组操作至停机状态。安全停机装置可与b)所述的自动过速保护装置配合组成更为安全的停机方式,但于动安全停机装置应优先于自动控制系统,其按钮、开关或拉杆等应设计位于操作人员可接近的位置,并考虑启动这些操作所需的时间。安全停机装置必需能有效安全操作,并应于安全与功能测试及耐久性测试中评估与验证。任何型号的风力发电机组在进行检查、服务或维护前停机均应考虑在风速不低于10m/s或1.4Vave (取较大值)的风速下进行该程序的相关安全程序与规范。维修可设计为倾倒至地面维修或在塔架顶端进行维修,但均应有安全程序以保证风轮维修时不会任意位移。d) 电气系统保护功能:本项功能应包含以保护垂
18、直轴风力发电机组控制器、变流器及所连接外部电力系统不受故障影响,或因故障而导致不安全状态的发生。此保护功能应依据实际电力系统设计,考虑包括下列保护功能:1) 过电流保护功能:系统应具备当工作电流超过最大设计保护电流50%时,过电流保护装置应能启动,以保护电气系统安全。2) 极性反接电路保护功能:系统应具备发电机或当有蓄电池及其他辅助供电装置时的极性反接的电路保护功能。3) 低电压保护功能:当输入端蓄电池电压过低时,控制器应能保护性自动关机,以保护蓄电池。4) 断开功能:当维护或试验时,可将风力发电机组电气系统与所有电源完全隔离,不应单独采用半导体装置作为断开装置。5) 接地与雷击保护功能=系统
19、应设计有接地与雷击保护设备以符合GB16895. 3和GB/Z 25427-2010要求,其安装、配置及设备选择应符合当地电气法规的要求。的电气导体与电缆保护功能:风力发电机组相关的导体绝缘应遵守GB5226. 1-2008相关规定,对温度、电压、电流、环境条件及致使材料老化的外界环境具有适应性,并应考虑安装时及运转中可能会遭受的扭曲或机械应力。应采用保护层或导管对电缆进行保护,若属地下电缆元导管或线沟槽保护时,应以电缆盖板或适当标示带加以标识。其绝缘保护应经适当设计,以使得任何传导到电气组件的过电压均不致超过该组件的绝缘等级。e) 电气系统之外的其他风力发电机组系统防雷击保护:本项应由制造商
20、和用户协商。小型风力发电机组的雷击保护与接地要求应遵守GB/Z25427-2010,其中对接地系统及其接地电阻的GB/T 29494-2013 要求应遵守GBjZ25427-2010中第10章的要求。4.3 功率特性要求垂直轴风力发电机组具备一定的功率特性,功率特性应能通过试验及/或分析加以验证。重要性能特性应包括依据GBjT18451. 2-2012中第8章所定义及按本标准试验方法所测量的功率曲线、年发电量和功率系数等。4.4 耐久性与j孟转可靠性要求垂直轴风力发电机组应能通过依据本标准试验方法进行至少6个月及特定风况条件运转时数的耐久性试验,同时具备一定运转可靠性水平,以呈现在其设计运转范
21、围下的耐久与可靠特性,包括结构完整性与材料老化情况及风力发电机组的动态行为。4.5 喋声要求噪声要求通常在日夜间以及不同住宅或工商使用区域均有不同标准,垂直轴风力发电机组的噪声水平应符合多数区域环保要求。该特性是指能够以本标准的噪声测试方法测定的,在运转风速范围及扣除背景噪声条件下,于不同距离所呈现的噪声特性。4.6 支撑结构与基座要求4.6.1 支撑结构设计载荷支撑结构设计载荷应考虑如下几个方面:一一支撑结构或塔架以及基座的设计载荷,应考虑包括通过风轮叶片、叶片连接件、风轮轴、机体、塔架以至基础等载荷传递途径,传递至支撑结构的转动与振动的空气动力学载荷,以及整体系统重量载荷;一一-一般而言,
22、建议风力发电机组制造厂商应提供空气动力学极限载荷及整体系统重量载荷等相关信息给结构评估工程师进行支撑结构计算及/或签证;一二上述空气动力极限载荷可按照GB50009-2001中第7章的风载荷计算方法进行计算,其基本设计风速则依据各地区法规要求,如该地区未有法规要求,则以各地离地10m高50年一遇的3s平均最大阵风统计值作为基本设计风速;属于独立于地面的支撑结构,应考虑安装地域土壤特性及其相关基座设计载荷;属于与建筑物结构结合的支撑结构,应考虑对建筑物原始结构强度的影响。4.6.2 勿须考虑的支撑结构设计风轮扫掠面积小于2m2时,可不需考虑支撑结构问题。4.6.3 支撑结构与建筑相关规范支撑结构
23、设计应符合当地建筑相关规范与法规。4.6.4 支撑结构与维修元法安全地卸下至地上进行维修的风力发电机组及塔架,应具备人员升降或在搭架上作业时能防止坠落的措施或设计。4.6.5 支撑结构共振支撑结构设计时应注意避免风力发电机组持续在共振频率运转以免发生过度振动。6 GB/T 29494-2013 4. 7 控制器及变流器性能要求控制器及变流器应能依据风力发电机组特性,提供发电机输出端整流、功率控制、制动控制或进行各项电气保护功能;同时将电能转化为安全与实用化的离网与并网电能。其组件性能要求应通过本标准第5章中关于控制器及变流器性能要求的试验E其与系统搭配的性能表现可以通过本标准功率性能试验及安全
24、与功能试验及/或评估获得。垂直轴风力发电机组完成测试认证后,当控制器及变流器需根据各地电力法规等要求进行更换时,应将欲更换的控制器与变流器、原控制器与变流器以及发电机,送至合格试验场,以电动机拖动,确认在不同转速下变流器输出端测量功率值误差均不超过士10%,此控制器与变流器的组合可视为与原测试认证过的垂直轴风力发电机组完全匹配。4.8 电能质量要求垂直轴风力发电机组并网应考虑GB/T17646-2013中6.5的规定,并应符合安装地区并网相关法规的规定。4.9 电磁兼容性要求垂直轴风力发电机组的电磁兼容性技术要求对象主要为发电机与控制器两类组件,应考虑其电磁干扰(EMI,Electromagn
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