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GBT18451.1-2012风力发电机组设计要求

V(2) = V(2,) . (二))

3.69 矢量风速windvelocity 表示在被研究的某点周围气体微团运动方向、幅值等于“气体微团”运动速度（即该点风速）的矢量。 注：空间任意点的矢量风速，是“气体微团”通过该点的位置矢量的时间导数。 3.70 风力发电机组电气系统windturbineelectricalsystem 所有风力发电机组内部电气设备，以及风力发电机组的终端、接地、连接、通讯设备，也包括风力发 电机组中组成接地终端网络的导体。

6。估计的端流标准偏差的标准偏差 61 轮毂高度处矢量风速纵向分量标准偏差 023 轮毂高度处矢量风速竖向分量标准偏差 3轮毂高度处矢量风速横向分量标准偏差 E<）工参数的期望值 Var(z）参数的方差

A非正常（局部安全系数） a. c. 交流电 d. c. 直流电 DLC 设计载荷工况 ECD 方向变化的极端相干阵风 EDC 极端风向变化 EOG 极端运行阵风 ETM 极端瑞流模型 EWM 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 NTM正常端流模型 S特殊的IEC风力发电机组等级 7 运输和安装（局部安全系数） U 极限

DB43T 1786-2020 湖南省烟花爆竹生产经营安全规范A非正常（局部安全系数） a.c. 交流电 d. c. 直流电 DLC 设计载荷工况 ECD 方向变化的极端相干阵风 EDC 极端风向变化 EOG 极端运行阵风 ETM 极端瑞流模型 EWM 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 NTM正常湍流模型 S特殊的IEC风力发电机组等级 T运输和安装（局部安全系数） U极限

：下列条款中给出的工程和技术要求是为了保证风力发电机组结构、机械系统、电气系统和控制系统 的安全。这些技术要求适用于风力发电机组的设计、制造、安装和运行维护手册以及相关的质量管理过 程。此外，还应考虑现有的风力发电机组安装、运行和维护要求中的各种安全规程。

本标准要求采用结构动力学模型，以预测设计载荷。应用第6章定义的瑞流条件和其他风况条件 以及第7章定义的设计状态，此模型用来确定风力发电机组在一定风速范围内的载荷。应对外部条件 和设计状态的所有相关组合进行分析，本标准定义了最少的相关组合作为设计载荷工况。 风力发电机组的全尺寸试验数据可用来提高预测设计值的可信度，并验证结构动力学模型和设计 快态。 应通过计算和/或试验来验证设计的合理性。如果用试验结果验证，则试验时的外部条件应符合本 标准规定的特征值和设计状态。试验条件的选择，包括试验载荷在内，应考虑相关的安全系数。

风力发电机组应按下面两种安全等级中的一种进行设计： 。一般安全等级，当失效的结果可能导致人身伤害，或造成经济损失和产生社会影响时，采用这一 等级； ? 特殊安全等级，当安全要求取决于局部调整和/或由制造商与用户双方协商决定时，采用这一 等级。 本标准7.6详细描述了风力发电机组一般安全等级的局部安全系数。 风力发电机组特殊安全等级的局部安全系数应由制造商与用户协商确定。根据特殊安全等级设计 的风力发电机组即为6.2定义的S级风力发电机组

质量保证应是风力发电机组及其零部件设计、采购、制造、安装、运行和维护的组成部分， 质量管理体系宜按照GB/T19001标准的要求，

5.5风力发电机组铭牌

在风力发电机组的设计中，应考虑本章描述的外部条件。 风力发电机组受限于可能影响其载荷、使用寿命和运行的环境和电气条件。为保证安全性和可靠 性达到一定的水平，在设计中应考虑环境、电气和土壤参数，并应在设计文件中予以明确规定。 环境条件可进一步划分为风况和其他环境条件。电气条件是指电网条件。土壤特性与风力发电机 组的基础设计有关。 外部条件可再细分为正常外部条件和极端外部条件。正常外部条件通常涉及重复出现的结构载荷 条件，而极端外部条件代表罕见的外部设计条件。设计载荷工况应包括这些外部条件在不同风力发电 机组运行模式状态和其他设计状态下潜在的临界组合。 风况是影响结构完整性的主要外部条件。其他环境条件也会影响设计特性，如控制系统功能、耐久 性、腐蚀等。 根据风力发电机组等级，设计中所考虑的正常和极端条件，在以下条款中予以说明

6.2风力发电机组等级

设计中考虑的外部条件取决于风力发电机组拟安装位置或安装位置的类型。风力发电机组等级是 根据风速和端流参数来划分的，划分等级的目的是为了应用更广。风速和瑞流参数拟代表许多不同的 场址条件，而不精确地代表某一特定的位置，见11.3。风力发电机组等级由风速和湍流参数明确地定 义了一个宽泛的范围。表1规定了确定风力发电机组等级的基本参数。 如果设计者或者客户需要使用特定的条件，如特定风况或其他外部条件或特定安全等级（见5.3）， 则需要定义一个特定的风力发电机组等级，这个等级定为S级。S级风力发电机组的设计值应由设计 者选取，并在设计文件中详细说明。对于这样的特定设计，选取的设计值所反应的环境条件应至少与预 期的风力发电机组使用环境同等恶劣。用于确定风力发电机组I、Ⅱ、Ⅲ等级的特定外部条件，不包括 海上条件，也不包括热带风暴中的风说，如飓风、龙卷风和台风。这些条件下的风力发电机组要求按S

风力发电机组应设计成能安全承受由其等级定义的风况。 风况的设计值应在设计文件中明确规定。 从载荷和安全角度出发，风况可分为风力发电机组正常运行期间频繁出现的正常风况和1年

1）在本标准中，年平均风速作为风力发电机组等级的基本参数不再出现在表1中，依据风力发电机组等级设计 采用的年平均风速值由公式（9）给出。 2）注意本标准中 I为平均值，不是代表值。

情况下应考虑平均气流与水平面夹角达到8°时的影响，假定此气流倾斜角不随高度变化。 湍流是指矢量风速相对于10分钟平均值的随机变化。湍流模型在使用时应考虑风速、风切变和风 向的变化的影响，并允许通过变化的风切变旋转采样。端流矢量风速的三个分量定义为： 一纵向，与矢量风速主方向一致； 一横向，水平方向并垂直于纵向 一竖向，同时垂直于横向和纵向，即与竖直方向的夹角为平均气流倾斜角。 对于标准的风力发电机组等级，湍流模型中的随机矢量风速场应满足下面的要求： a）假定下面章节给出的湍流标准偏差の不随高度的变化而变化，垂直于主风向的分量应县备以

6.3.1.2正常风廊线模型(NWP

假定幕律指数α为0.2。 假定的风廊线用于确定穿过风轮扫掠面的平均垂直风切变

3）实际值可能取决于淄流模型的选择和6.3h)中的要求

V(2) =Vhab (z/ Zhb)

6.3.1.3·正常瑞流模型（NTM)

对于正常端流模型，给定轮毂高度处风速的瑞流标准偏差的代表值；应由该风速下瑞流标准偏差 分布的90%分位数确定。对于标准风力发电机组等级，这个值应由公式（11)给出： 0j = Irer(0. 75Vhub + b) ;b= 5. 6 m/s （11） 流标准偏差；与端流强度/Vub如图1a)和图1b)所示。 I的值由表1给出，

6.3.2.1极端风速模型（EWM)

a）正常瑞流模型（NTM）的瑞流标准偏差

b）正常瑞流模型（NTM)的端流强度

图1正常流模型（NTM）

极端风速模型（EWM)应是稳态风速模型或流风速模型。该风速模型应基于参考风速V 定的端流标准偏差。

4）如用其他分位数进行附加选择的载荷计算： 其公式如下： E(o, /Vbut)= Irer (0. 75Vhub +c) ;c=3. 8 m/s Var(α / Vhm) =[Ir (1. 4 m/s)]?

试（12）和公式（13）进行计算：

Veso (z) = 1. 4Vrer (z/zhub) 0. 11 V., (z)=0. 8Vo (2)

在稳态极端风速模型中，允许短时间内与平均风向有一定的偏离，应假定恒定的偏航误差在士15 范围内。 对于端流极端风速模型，50年和1年一遇的10分钟平均风速是的函数，由公式(14)和公式(15)给出：

纵向端流标准偏差”为！

6.3.2.2极端运行阵风（EOG)

) =Vrer (z/ Zhub ) 0. (z)=0.8V()

发电机组等级，轮毂高度处阵风幅值V"由公

式中： —由公式(11)给出; A:—瑞流尺寸参数，由公式(5)给出； D风轮直径。 风速由公式（18）确定

.....................8

图2极端运行阵风示件

6.3.2.3极端流模型（ETM)

01=cl/0. 072(+3) (4)+10|;c=2m/s (1

6.3.2.4极端风向变化（EDC)

极端风向变化幅值6.可用公式（20)进行计算

极端风向变化幅值示件

6.3.2.5方向变化的极端相干阵风（ECD

V(z) t≤o V(z,t)=V(z)+0. 5Vg(1cos(πt/T)) O≤t≤T V(2) + V.s t≥T

图4极端风向变化示例

此处上升时间T=10秒，风速V(z)由6.3.1.2中正常风廓线模型（NWP)给出。Vb=25m/s

极端相于阵风中风速上升情况如图5所示。

6.3.2.6极端风切变（EWS)

切变应采用两种瞬时风速公式（26）和公式（27）牙 释时（正向或逆向）垂直切变

图7Vb=25m/s时风向变化瞬时值示例

图8极端正负垂直风切变风廓线示例开始（t=0s，虚线）和最大切变（t=6s，实

极端正负垂直风切变风廓线示例开始（t=0s，虚线）和最大切变（t=6s，实线）

风轮顶部和底部风速示例（用以说明瞬时正风切变

了风况外，其他环境（气候）条件通过热、光化学、腐蚀、机械、电气或其他物理作用也可能会影响 电机组的完整性和安全性，而且多种气候因素同时发生可能会加剧这种影响。 少应考虑下列环境条件，并将它们的作用在设计文件中说明：

温度； 湿度； 。空气密度； 。太阳辐射； 雨、冰苞、雪、冰； 。化学作用物质； 机械作用颗粒； 盐雾； 。雷电； 。地震。 海上环境需要另外考虑。 所考虑的气候条件应依照代表值或气候条件变化范围来确定。选择设计值时，诸多气候条件同时 现的概率也应予以考虑。 与1年一遇所对应的正常极限范围内的气候条件变化不应影响设计的风力发电机组正常运行。 除非存在着相关性，6.4.2中的其他极端环境条件应和6.3.1中正常风况结合起来考虑。

6.4.1其他正常环境条件

6.4.2其他极端环境条件

标准等级的风力发电机组极端温度范围至少应为一20℃～十50℃

6. 4. 2. 3 冰

标准等级的风力发电机组没有结冰的最低要求

际准等级的风力发电机组没有地震的最低要求。所考虑的地震及其影响见,11.6和附

下面列出应要考虑的风力发电机组终端的正常条件。 当下列参数在下述范围内时，采用正常电网条件。 电压，标称值（参见IEC60038）士10%； 。频率，标称值土2%； 。电压不平衡，电压的负序分量的比率不超过2% 自动重合周期，应考虑的自动重合周期为第一次重合时间0.1s～5s，第二次重合时间10s~ 90S; 断电，假定一年内断电20次，一次断电6为正常条件，断电一周为极端条件。

.3.1重力和惯性力载

7.3.2 空气动力载荷

空气动力载荷是由气流以及气流与风力发电机组静止和运动部件相互作用所引起的静态和动态 载荷。 气流由穿过风轮平面的平均风速和流、风轮转速、空气密度、风力发电机组零部件的空气动力外 形以及他们之间的相互作用（包括气动弹性作用）确定

空气动力载荷是由气流以及气流与风力发电机组静止和运动部件相互作用所引起的静态和动态 载荷。 气流由穿过风轮平面的平均风速和端流、风轮转速、空气密度、风力发电机组零部件的空气动力外 形以及他们之间的相互作用（包括气动弹性作用）确定

驱动载荷由风力发电机组的运行和控制所产生，它可以分为几类，包括发电机/变流器的扭矩控 航和变桨的驱动载荷，以及机械制动载荷。在计算响应和载荷时，考虑驱动力的有效范围是非常重

7）假定的6h为最严重暴风雨的持续时间。

7）假定的6h为最严重暴风雨的持续时间。

力、弹力或压力的范围

7.4设计状态和载荷工况

如尾流载荷、冲击载荷和冰载荷都可能发生。这些

本条描述了风力发电机组的设计载荷工况，并规定了设计中需考虑的最少载荷工况要求。

在筐6意已做出了相关的说明。

Z 41发电(DLC 1. 1~1.5)

4.2发电兼有故障或失去电网连接（DLC2.1~

7.4.3启动（DLC3.1~3.3）

QHXD 0002S-2014 禄丰县碧城镇宏昕达绿色调味品厂 火锅底料7.4.4正常关机（DLC4.1~4.2)

4.5紧急关机(DLC5)

7.4.6停机（静止或空转)DLC6.1~6.4）

在这种设计状态中，风轮处在静止或空转状态。在DLC6.1、6.2和6.3中JB/T 6171-2013 多层金属波纹管膨胀节，应考虑极端风速模型 M)。在DLC6.4中，应考虑正常流模型(NTM)

8）通常，分辨率为2m/s已经足够

对于风况由EWM确定的设计载荷工况，可采用稳态极端风模型或极端端流模型。如果采用极端 瑞流模型，应采用完全动态仿真或准稳态分析对响应结果进行评估，采用准稳态分析时应用ISO4354 中的公式对阵风和动态响应进行适当的修正。如果采用稳态极端风模型，共振响应的影响应采用上述 的准稳态分析进行评估。如果共振与背景响应之比（R/B)小于5%，可采用稳态极端风模型进行静态 分析。如果在特征载荷下偏航系统出现滑动，最大可能的不利滑动应加到平均偏航误差中。如果风力 发电机组中有偏航系统，并且在该系统中考虑了极端风况下的偏航运动，（如自由偏航、被动偏航或半自 由偏航），则应采用瑞流风模型，并且偏航误差取决于瑞流风向的变化和风力发电机组偏航的动态响应。 如果随着风速的增加，风力发电机组由正常运行到极端情况的期间遭遇大幅度的偏航运动或平衡变化， 这种情况也应纳人分析当中。 在DLC6.1中，对于有主动偏航系统的风力发电机组，如果可确保偏航系统不产生滑动，那么采用 稳态极端风速模型时允许最大偏航误差为土15°，或采用极端瑞流风速模型时允许平均偏航误差为 土8°。 在DLC6.2中，应假定暴风导期阶段极端风况下电网掉电的情况。除非能为控制和偏航系统提供 后备电源，并且具有6的偏航调节能力，否则应分析风向变化士180所产生的影响。 在DLC6.3.1年哥遇的极端风况应与极大偏航误差相结合。采用稳态极端风速模型时假定极 大偏航误差为°，彩用流风速模型时假定平均偏航误差为士20°。 在DLC6中对于催可部件如来空转的重量剪能出现重大疲劳损伤的各种风速条 件，应考虑这靠风速所对应的 7.4.7 停机兼有故障（DLC 对由于电网威风力发惠 身故障引 停机串 现的 象，应进特分析。在风力发 电机组的停机状态，如果住绘电网摸 功发电桃维的不正常现象，则应分析可能产 生的后果。 障状态应与1 端流或有阵风和动态响 应修正的准稳态条件。 对于偏航系统敏障，应考 输航误差应与DLC6.1考 虑的一致。如果在LC7我福 F 7.4.8运输、组装、维护和修理（DLC8.1~8.2） 在DLC8.1中，制造商应说明风力发电机组运输、现场组装和维修中所假定的所有风况和设计状 态。如果最大限定风况在风力发电机组上产生很大的载荷，那么在设计中应考虑最大限定风况。为了 保证合适的安全水平，制造商要在限定风况和设计中所考的风况之间留有足够的余量。足够的余量 可通过在限定风况基础上风速增加5/s面得到。 此外，DLC8.2中应包括所有持续时间可能超过一周的运输、安装和维修情况。相应地，还包括未 吊装完的塔架、或塔架上没有安装机舱以及风力发电机组上缺少一个或多个叶片的情况，可假设所有叶 片同时安装。应假定在以上任何一种情况下都没有电网连接。可采取一些措施来减少其中任何一种状 态下的载荷，只要这些措施不需要电网连接。 锁定装置应能承受由DLC8.1中相关状态引起的载荷，尤其应考虑最大设计驱动力的应用。