GB T 31519-2015 台风型风力发电机组.pdf

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1、望ICS 27.180 F 11 中华人民共和国国家标准GB/T 31519-2015 台风型风力发电机组唱EWind turbine generator system under typhoon condition 2016-02-01实施2015-05-15发布发布中华人民共和国国家质量监督检验检菇总局中国国家标准化管理委员会飞，J/町呻肘，。-vj阳、/时川JV/阳斟盯yfJ咆UGB/T 31519-2015 目次前言. . . . . . . . . . . . . . m 1 范围2 规范性引用文件-3 术语和定义4 符号和缩略语. . . . . . . . . . . . . 2

2、 5 安全等级、台风风况和工况. . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6 技术要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 7 安装场址的台风环境评估. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 8 建设、运行与维护. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 附录A(资料性附录中国东南沿海70m高度50年一遇最大风速和年平均风速分布图. 10 附录B(资料性附录)热带气旋的结构. . . . . . . . . .

3、. . . . . . 13 附录C(资料性附录阵风系数. . . . . . . . . . . . . . . 14 附录D(资料性附录)影响中国近海的热带气旋统计分析. . . . . . . . . . . 16 附录E(规范性附录)风力发电机组安装选址台风风险分析. . . . . . . . . 20 附录F(资料性附录台风的揣流特性. . . . . . . . . . . . . . 21 参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . 25 图A.1中国东南部沿海70m高度50年一遇最大风速分布图. . . . . . . . . . . . .

4、10 图A.270 m高年平均风速. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 图A.370 m高50年一遇最大风速与年平均风速的比值分布图图C.1台风的阵风系数总体特征. . . . . . . . . . . . . . . 14 图C.2大风情况下的阵风系数垂直变化图D.1基于GB/T18451.1-2012风力发电机组安全风速等级的登陆频数图D.2风电场位于台风中心附近不同位置风向、风速、气压演变图(70m高度). . 18 图D.3沿海测风塔观测的台风影响持续时间. . . . . . . . . . . . . 19 图F.1GB/T 1

5、8451.1-2012和台风实测E,(1 的比较. . . . . . . 21 图F.2陆上、海上揣流强度随风速的演变特征. . . . . . . . . . . 22 图F.3台风影响下不同地形90%和95%分位数揣流强度的1ref参数. . . . 23 表1台风型风力发电机组等级基本参数. . . 表2设计载荷工况(台风环境). 表A.1东南沿海70m高度极端风速出现频率. . . . . . . . . . .11 表D.11949年-2010年热带气旋频数表F.1不同热带气旋个例三个方向揣流强度比值I GB/T 31519-2015 前本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则

6、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(SAC/TC50)归口。本标准起草单位z新江运达风电股份有限公司、上海电气风电设备有限公司、国家气候中心、北京鉴衡认证中心有限公司、新疆金风科技股份有限公司、国电联合动力技术有限公司、福建省气候中心、广东明阳风电产业集团有限公司、美泽新能源控股有限公司、中国农机工业协会风力机械分会。本标准主要起草人z叶杭冶、申新贺、张秀芝、张容巍、许国东、王青、王国庆、王力雨、许移庆、张宇、徐洪雷、唐浩、王斌、张启应、蔡安民、黄建锋、田野、庄岳兴。阳血GB/T 31519-2015 台风型凤力发电机组1 范围本标准规定了台风型风力发电

7、机组以下简称机组勺的最低技术要求和机组的安全等级，对台风模型和台风状态下的各种工况进行了描述和定义。此外，本标准还涉及机组的机械系统、电气系统、控制和安全保护系统以及运行与维护等要求。本标准适用于台风多发地区的陆上并网型水平轴风力发电机组。海上水平轴风力发电机组可以参考使用。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。凡是不注目期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单适用于本文件。GB/T 2900.53 电工术语风力发电机组GB 4208-2008 外壳防护等级CIP代码CB/T 4797.5 2008 电工电子严品探境条件分类

8、自然环境条件降水和风G13/T 18451.1-2012风力发电机组设计要求GB/T 19J72-2010风力发电机组塔架G3,T 19292.1-2003金属和舍金的腐国大气腐蚀性分类GB，句25383风力发电机组风转叶片GB/T 25385 风力发电机组运行及维护要求GB/Z 25427-2010风力发电机组雷电防护GB/Z 25458-2010 风力发电机组合格认证规则及程序GB 50007-2011 建筑地基基础设计规范GB 50010-2010 混凝土结构设计规范GB 50057-2010 建筑物防雷设计规范GB 50135-2006 高耸结构设计规范NB/T 31001-2010

9、风电机组筒形塔制造技术条件ISO 2394 结构可靠性的一般原则(General principles 00 reliability for structures) 3 术语和定义GB/T 2900.53和GB/T18451.1-2012界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1 台凤typhn 热带气旋tropical cyclooes 生成于热带或副热带洋面上急速旋转并向前移动的大气涡旋。GB/T 31519-2015 3.2 注1:按强度可分为热带低压、热带风暴、强热带风暴、台风、强台风和超强台风.为便于描述，本标准除特别说明外通称为台风。注21改写GB/T19201-2006的定义2

10、.1.顺桨feathering 风轮叶片的几何攻角改变到趋近零开力的状态。顺桨通常分为正常顺桨和紧急顺桨。3.3 阵风系数gust fac阳rN年一遇3s平均极端风速与N年一遇10min平均极端风速的比值，N通常取1或50.4 符号和缩暗语4.1 符号和单位D 风轮直径mJ 1 ref 10 min平均风速为15m/s时轮载高度处揣流强度的期望值一N 极限状况的重现周期年T 阵风特征时间s t 时间sJ u 风速m/s V(Z) Z高度处的风速=m/sJ V.轮最高度处年平均风速二r.n/sJVTeN N年一遇极大风速(3s平均)期望值，Ve1和V.so分别表示1年一遇和50年一遇m/sV g

11、ustTII N年一遇最大阵风期望值m儿:Vhub 轮载高度处的风速m/s二Vin 切人风速mls= Vout 切出风速m儿iVr 额定风速m/sJ VTref 参考风速m/sJ V(z ,t) 用于描述极端阵风和风切变瞬时变化的矢量风速纵向分量m/sJ z 用于描述风场高度方向竖向的坐标系mJ Zhub 风力发电机组轮载高度mJ F极端风向变化模型参数 -J (J (t) 风向瞬时变化值degJ (J eT 50年一遇极大风向变化值degJ L 由波长定义的漏流尺度参数mJ 1 轮载高度处矢量风速纵向分量标准偏差m/sJ z 轮载高度处矢量风速横向分量标准偏差m/sJ s 轮载高度处矢量风速

12、竖向分量标准偏差m/sJ Tl 轮载高度处台风揣流风速纵向分量标准偏差m/sJ 4.2 蜡暗语2 A非正常(局部安全系数DLC设计载荷工况GB/T 31519-2015 ECD方向变化的极端相干阵风EDCT 台风极端风向变化EOGT 台风极端运行阵风EWMT 台风极端风速模型EWS极端风切变F疲劳N 正常和极大局部安全系数NWP 正常风廓线模型TS 特殊的机组安全等级TTM 台风端流模型U极限5 安全等级、台风风况和工况5.1 概述本章主要对机组的安全等级、揣流条件、台风风况以及设计状态进行定义和描述。本标准没有规定的设计工况应按GB/T18451.卜2012的要求执行。5.2 机组安全等级设

13、计中考虑的外部条件取决于机组拟安装位置或安装位置约类型，表l规定的机组安全等级基:*参数表示的是一个宽泛的范围，不代表某一特定场址。如果设计者或者客户需要使用特定的条件，则需要定义一个特定的机组安全等级，这个安全等级定为TS级。对TS级机组，可参考G3/T18451.1-2012的5级机组，生产商店在设计文件中说明所采用品模型及主要设计参数值3如采用第5章的模型，应对其参数值作充分的说明s表1台风型风力发电机组等级基本参数1)风电机组等级TI TII TS VTref 55 50 A lrefH 0.16 由设计者确定各参数B lref ) 0.14 C lref(-) 0.12 VTref:

14、l0 min平均风速。机组所能承受的轮载高度处50年一遇10min平均极端风速应小子VTref; lref :平均风速为15m/s时轮载高度处端流强度的期望值F定义同GB/T18451.1-2012; A:表示较高揣流特性等级sB:表示中等淄流特性等级zC:表示较低泊流特性等级。1) 年平均风速未列入表1.可参考附录A选取或自定义，但应在设计文件中指出.3 GB/T 31519-2015 5.3 台风风况5.3.1 慨述热带气旋是一种复杂的气候现象，附录部分提供了我国沿海地区的部分台风特点统计资料，附录B介绍了热带气旋的结构，风况的设计值应在技术文件中明确规定。台风通常具有风速大、端流强、风向

15、变化大等特点，应建立能够模拟台风特点的风况模型进行机组的仿真计算。本标准提供了下述台风特点的风况模型，可作为机组的设计参考。揣流是指矢量风速相对于10min平均值的随机变化，揣流模型在使用时应考虑风速、风切变和风向变化的影响。5.3.2 台凤瑞施模型(TTM)对于标准等级机组，轮载高度处台风揣流风速的纵向标准偏差代表值由式(1)给出:T1 = lref(0.75Vhub +的. ( 1 ) 式(1)中b=5.6m/s。当地形复杂时，由于揣流气流的变形，捕流纵向分量的标准偏差估计值应增加。该环境下，宜采用式(2)计算台风揣流强度标准偏差2】2T1 =I,f(0.42Vhub +b) . . .

16、( 2 ) 式(2)中b=14.3m/s. Iref的值由表1给出。揣流谱的描述参考GB/T18451.1-2012中附录B.5.3.3 台凤极端民速模型(EWMT)台风极端风速模型(EWMT)应是稳态风速模型或揣流风速模型。该风速模型应基于参考风速VTref与匮定的端流标准偏差e对于稳态极端凤速模型，50年一迪和1年一遇的极大风速VTc55l!I VT.I作为高度z的函数计算见式(3)和式(4): V T_50 (z) = 1.4VTref (z/ Zhub) 0.11 . . . . . . ( 3 ) VT_1 (z) =0.8VTe50 (z) . . . . ( 4 ) 对于揣流极端

17、风速模型，50年和1年一遇的10min平均风速是z的函数，由式(5)和式(6)给出zVT冒。(Z)= VTref(Z/Zhub)o.11 . . ( 5 ) Vn (z) =0.8V.宵。(Z). ( 6 ) 揣流谱的描述参考GB/T18451.1-2012中附录B，台风揣流风速纵向标准差3)满足式(7)的要求zC1n注O.l1Vhub( 7 ) 5.3.4 台风极端运行阵风(EOGr)对于机组，轮载高度处的阵风幅值VgustTN根据式(8)进行计算zl1 I V gustTN = 11 + 0.2的l. ( 8 ) 2) 可参考附录F的台风过程漏流特性分析结果.3) 台风漏流极端风模型的漏流

18、标准偏差与台风漏流模型(TTM)不相关.4 GB/T 31519-2015 式中z1一一由GB/T18451.1-2012中式(1)给出pA1-揣流尺度参数，由GB/T18451.1-2012中式(5)给出sD一一风轮直径Ff3 =4.8.N=1; f3 =6.4 .N=50 0 周期为N年一遇的风速，由式(9)确定:rv(z)一0.37VgustTNsin(3 7Ct/T)(1- COS(2 7Ct/T) 0 t运TV(z .t) = g- _ _ .( 9 ) lv(z) 其他V(z)按正常风廓模型(NWP)进行计算.NWP由GB/T18451.1一2012中6.3.1.1给出zT=10.

19、5 So 5.3.5 台凤极端凤向变化(EDCr)台风过程的极端风向变化幅值。eT可以用式(10)进行计算:|1 l (eT =士6.4nlVhUb 1 +0.2的JJ式中z1一一由GB/T18451.1-2012中式(1)给出zAl一一揣流尺度参数，由GB/T18451.1-2012中式(5)给出pD一一风轮直径。极端风向变化瞬时值。(t)由式(11)确定z(00 t T 此处，极端风向变化过程持续时间T=6s。应考虑最恶劣瞬时载荷发生的情况。风向瞬时变化结束时，假定风向保持不变，风速遵从GB/T18451.1-2012中的正常风廓线模型(NWP)。5.4 工况设计和载荷计算5.4.1 概述

20、5.4.1.1 载荷计算应满足GB/T18451.1-2012和本标准的要求。完整的机组设计载荷工况由两部分组成z本标准表2规定的台风环境下设计工况和GB/T18451.1-2012中表2规定的工况。5.4.1.2 设计计算至少应考虑GB/T18451.1-2012中7.3.1-7.3.4描述的载荷，应考虑伴随台风过程的暴雨和雷电影响，应考虑基础刚度对载荷的影响。5.4.1.3 在所有情况下，应考虑平均气流相对水平面成8。角时的影响。假定此倾斜角不随高度改变而变化。5.4.1.4 按照GB/T18451.1-2012中表2进行载荷计算时，应使用GB/T18451.12012规定的风模型，设计参

21、数应与本标准保持一致性。5 GB/T 31519-2015 表2设计戴荷工况(台风环境)设计工况DLC 风况其他情况分析方法局部安全因素发电兼有故障T.l EOGn Vr50 m/sJ 台风影响范围内测风塔数据分析z收集台风影响范围内测凤塔数据，分析台风影响期南风向、风速变化，大风情况下揣流边i度、垂直切变、阵风系数Fe 若有三维超声观测数据，应/J析三维揣流强度、风攻角、揣流尺度、捕流谱等; 场址的不同重现期最大风速廿算，可采用多种概率统计方法计算z1) 通过相关分析的方法将风之场附近气象站长序列最大风运挂算为风电场最大民速，采距极筐I型和Weibull概率模型计算风电场不同重现期最末风速;

22、2) 直接利用影响风电场范围内热带气旋最大风速序列，采用Poisson-Gumbel联合分布计算风电场不同重现期最大风速;3) 应用Monte-Carlo方法模拟台风，建立台风年最大风速概率分布，推断各重现期风速。GB/T 31519-2015 附录F资料性附录台风的瑞流特性F.1 町、U特征GB/T 18451.1-2012对漏流的描述见式(F.l)-式(F.4): 01 = Iref(0.75 X Vhub十5.6)E = I rer(O. 75 X Vhub十3.8)民=1.4Iref 0 1 =OE +0. 、，、，、，、，唱Enzuq飞uaa&FFFF ，、，、，、，、. . . .

23、 . 式中z1一一轮载高度处纵向风速标准偏差5E一一风速平均标准差;，一一叫的标准差。为了保证结果的稳定性和可信度，对附录人l提到的台风观测过程样本在11m/s26 m/s风速段实际内和民建立线性拟合曲线(见图F.l)。可见实测E线性拟合线和GB/T18451.1-2012的E线很相似，都随风速的增大而增大，斜率相差0.01;实测与GB/T18451.12012的民稍有差别，实测，随风速略有增大，但斜率仅0.0047，可以忽略，但实测截距远大于GB/T18451.1一2012的町，这反映了台风风速变幅大的特点。160 140 120 100 80 吉吨军t普创40 7 9 11 13 15 1

24、7 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 风速/WslE二2统面善本-实测飞实测0-a.-GB厅18451.1-2012的町一GB厅18451.1-2012的，-一实洒。E线性组合一一实割叭声量性报合圄F.1GB/T 18451.1-2012和台风实副町、U的比较F.2 不同地形对瑞流强度的影晌图F.2是台风影响期间，区分陆上环境和海上环境分别统计的台风中心及附近70m高度处的捕流强度。从图F.2可以看到，与GB/T18451.1-2012比较，海上揣流强度95%分位数曲线不超过C类。然而陆上差异较大，揣流强度90%分位数曲线在19m/s-26 m/s稍高于A类，95%分

25、位数曲线在15 m/s-27 m/s明显高于A类。21 GB/T 31519-2015 0.6 0.5 0.4 口量。3爆军事。.20.1 0 05 W U 剑4550 , 70m商实洒洒耀强度回90%分位数-.lt-95%分位致 IEC 614啤萨1Ed.3 C TI=O. 12 c 6140cr1 Ed.3 B TI=O. 14 IEC 614Ocr1 Ed.3 A TI=O. 16 0.5 。.4口 苟J.3综军20.2 口.10 a)陆上05 W U W 40 7回m高实部端流强度4弘.90%分位爱缸-95%分位数 IEC 61400-1 Ed.3C TI=O. 12 IEC 6140

26、0-1 Ed.3 B TI=O. 14 IEC 614Ocr1 Ed.3 A TI=O. 16 b)海上注s图中的标记IEC61400-1 Ed.3等同于GB/T18451.1-2012. 圄F.2陆上、海上端流强度随风速的演变特征进一步根据不同地形和下垫面对观测数据进行分类，陆上各种地形和下垫面按如下标准区分z山地，测风塔位于海拔高度300m以上的J地z丘陵，测风塔位于海拔高度100m300 m的丘陵地带z防风林，测风塔周边有沿岸防风林z平坦地，测风塔周边开阔平坦。沿用GB/T18451.1-2012的参数规定和表达形式，各地形揣流强度90%和95%分位数1ref相应的分布如图F.3，可以看

27、到，山地地形揣流强度很大，远远超过GB/T18451.1-2012的A类，丘陵95%分位数稍大于GB/T18451.1-2012的A类，平坦地、防风林和海上不超过GB/T18451.1-2012的A类。因此，建议在台风影响区应根据地形考虑不周类型级别。22 GB/T 31519-2015 GB/T 31519-2015 F.3 瑞流三个分量的特征GB/T 18451.1-2012定义的端流模型中，纵向揣流标准差町、横向端流标准差z和竖向揣流标准差内之间的关系见式(F.5)和式(F.6): 2 =0.71 . . . . ( F.5 ) 町=0.51.( F.6 ) 利用安装在中国东南沿海的测风

28、塔观测到的2009年-2012年的9个台风过程10个观测个例数据，风速仪为三维脉动风温仪(英国Gil1公司生产的WindMaster Pro) ，分析计算町、町、町、1/(12和3/1 (见表F.口，过程平均揣流标准差见式(F.7)和式(F.8): 112 = 0.86(11 . ( F.7 ) 113 = 0.51(11 .( F.8 ) 可以看到，叫与叫的关系几乎没有改变，内与町的关系由0.7增加到0.86。表F.l不同热带气旋个例三个方向瑞流强度比值台风名称横向/纵向(们/(11)垂向/纵向(113/111)凡亚比0.87 0.50 鲸鱼。.900.49 莫兰蒂0.89 0.54 莫拉菲

29、:)_8二C. -1, 莫拉克0.83 0.50 苏迪罗l。.810.52 苏边罗2。.860.55 灿都0.89 0.54 海马。.890.46 山神0.82 0.4 9 平均0.86 0.51 24 参考文献1J GB/T 19201-2006 热带气旋等级2J FD 002-2007 风电场工程等级划分及涉及安全标准(试行3J FD 003-2007 风电机组地基基础设计规范(试行4J 陈联寿，丁一汇.台风概论.北京z科学出版社，1979.GB/T 31519-2015 5J Stork CHJ , Butterfield CP, Holley W ,Madsen PH,Jensen P

30、H.Wind conditions for wind tur bine design proposals for revision of the IEC 1400-1 standard.Journal of Wind Engineering&.Industrial Aerodynamics 1998;74-76:443-454. 6J Gunner Chr.Larsenl, Kurt S.Hansen.Rational calibration of four IEC 61400-1 extreme ex ternal conditions. Wind Energy, Volume 11 , I

31、ssue 6, pages 685-702. mFONimFmF伺H筒。国华人民共和国家标准台凤型凤力发电机组GB/T 31519-2015 中祷中国标准出版社出版发行北京市朝阳区和平里西街甲2号(100029)北京市西城区三里河北街16号。0004日网址总编室:(010)68533533发行中心，(010)51780238读者服务部:(010)68523946中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销* 开本880X1230 1/16 印张2字数50千字2015年6月第一版2015年6月第一次印刷铸30.00元如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话:(010)68510107书号:155066. 1-51555定价打印日期:2015年7月7日F002