ICS 27.180
GB/T 31519—2015
Wmd turbine generator SyStem Under typhoon COndition
2015-05-15 发布
2016-02-01 实施
附录A （资料性附录）中国东南沿海70 m高度50年一遇最大风速和年平均风速分布图
图A.3 70 m高50年一遇最大风速与年平均风速的比值分布图
图D.1基于GB/T 18451.1—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（7Om高度）
图F.l GB/T 18451.1—2012和台风实测 处、J的比较
图F.3台风影响下不同地形90%和95%分位数湍流强度的Lef参数
本标准按照GB/T 1.1-2009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(SAC/TC 50)归口。
本标准起草单位:浙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:叶杭冶、申新贺、张秀芝、张容篆、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。
1范围
本标准规定了台风型风力发电机组（以下简称“机组"）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。凡是不注日期的引用文件,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（IP代码）
GB/T 4797.5—2008电工电子产品环境条件分类自然环境条件降水和风
GB/T 18451.1—2012风力发电机组 设计要求
GB/T 19072—2010风力发电机组塔架
GB/T 19292.1—2003金属和合金的腐蚀 大气腐蚀性 分类
GB/T 25383风力发电机组风轮叶片
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 On reliability for StrUCtUreS）
3术语和定义
GB/T 2900.53和GB/T 18451.1-2012界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
台风 typhoon
热带气旋 tropical CyClOneS
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。
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 2：改写 GB/T 19201—2006 的定义 2.1o
3.2
顺桨 feathering
风轮叶片的几何攻角改变到趋近零升力的状态。顺桨通常分为正常顺桨和紧急顺桨。
3.3
阵风系数 gust factor
N年一遇3 S平均极端风速与N年一遇10 min平均极端风速的比值,N通常取1或50。
4符号和缩略语
4.1符号和单位
D风轮直径
Iref 10 min平均风速为15 m/s时轮毂高度处湍流强度的期望值
N极限状况的重现周期
T阵风特征时间
t时间
P风速
V（Z） N高度处的风速
VaVe轮毂高度处年平均风速
VTeN N年一遇极大风速（3 S平均）期望值,Vei和吼5。分别表示1年一遇和50年一遇
VgUStTN N年一遇最大阵风期望值
VhUb轮毂高度处的风速
Vin切入风速
VOUt切出风速
Vr额定风速
VTref参考风速
V（ZJ）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
N用于描述风场高度方向（竖向）的坐标系
NhUb风力发电机组轮毂高度
β极端风向变化模型参数
oω风向瞬时变化值
^eT 50年一遇极大风向变化值
AI由波长定义的湍流尺度参数
轮毂高度处矢量风速纵向分量标准偏差
σ2轮毂高度处矢量风速横向分量标准偏差
σ3轮毂高度处矢量风速竖向分量标准偏差
στι轮毂高度处台风湍流风速纵向分量标准偏差
4.2缩略语
ΠJΠJΠJΠJ]-J-J-J-J-J-J-J-J-JnJ-JnJ-J -J-JnJnJnJ-J-J ] π - El SSSSSSSSSSSSSnn - gg QSSSS -H--句 I—JL-l∕∕∕∕∕∕∕∕∕∕∕ππe eπ//// ΓL [ ΓL mmmmmmmmmmmɪɪɪrdrdImmmm ΓL ΓL ΓL ΓL ΓL ΓL ΓL ΓL ΓL ΓL ΓL ΓL ΓL ΓL ΓL ΓL ΓL
A非正常（局部安全系数）
DLC设计载荷工况
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台风湍流模型
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、湍流条件、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/T 18451.1—2012的要求执行。
5.2机组安全等级
设计中考虑的外部条件取决于机组拟安装位置或安装位置的类型。表1规定的机组安全等级基本 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GB/T 18451.1—2012的S级机组,生产商应在设计文件中说明所釆用的模 型及主要设计参数值。如采用第5章的模型,应对其参数值作充分的说明。
表1台风型风力发电机组等级基本参数D
|
风电机组等级 |
TI |
TII |
TS |
|
VTref |
55 |
50 |
由设计者确定各参数 |
|
A Iref ㈠ |
0.16 | ||
|
B Iref ㈠ |
0.14 | ||
|
C Iref ㈠ |
0.12 | ||
VTref ： 10 min平均风速。机组所能承受的轮毂高度处50年一遇10 min平均极端风速应小于VTref ； Λef:平均风速为15 m/s时轮毂高度处湍流强度的期望值;定义同GB/T 18451.1-2012；
A：表示较高湍流特性等级;
B：表示中等湍流特性等级；
C：表示较低湍流特性等级。
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。
5.3台风风况
5.3.1概述
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、湍流强、风向变化大等特点,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。
湍流是指矢量风速相对于IO min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 向变化的影响。
5.3.2台风湍流模型(TTM)
对于标准等级机组,轮毂高度处台风湍流风速的纵向标准偏差代表值στι由式(1)给出：
στι =Iref(0.75Vhub÷δ) ...........................( 1 )
式(1)中 b = 5.6 m/s O
当地形复杂时，由于湍流气流的变形,湍流纵向分量的标准偏差估计值应增加。该环境下,宜釆用 式(2)计算台风湍流强度标准偏差2):
στι =Iref(0.42VhUb+6) ...........................( 2 )
式(2)中 6 = 14.3 m∕so
丄的值由表1给出。湍流谱的描述参考GB/T 18451.1-2012中附录BO
5.3.3台风极端风速模型(EWMT)
台风极端风速模型(EWMT)应是稳态风速模型或湍流风速模型。该风速模型应基于参考风速 VTM与恒定的湍流标准偏差στio
对于稳态极端风速模型，50年一遇和1年一遇的极大风速Vτe5。和VTel作为高度N的函数计算见式
(3)和式(4)：
对于湍流极端风速模型,50年和1年一遇的10 min平均风速是Z的函数,由式(5)和式(6)给出：
VT5。(Z)=VTM(Z/Ng)E ..............
湍流谱的描述参考GB/T 18451.1—2012中附录B,台风湍流风速纵向标准差幻满足式(7)的要求： στι ≥ 0.1IVhUb
5.3.4台风极端运行阵风(EOGT)
对于机组，轮毂高度处的阵风幅值VgUStTN根据式(8)进行计算：
式中：
Oɪ---由 GB/T 18451.1—2012 中式(I)给出；
Ai—-湍流尺度参数，由GB/T 18451.1—2012中式(5)给出;
D--风轮直径；
0=4.8,N = I;
g=6.4 ,N = 50<,
周期为N年一遇的风速，由式(9)确定：
IV(Z) — 0.37VgUStTNSin(3π^/T) (1 — cos(2πt∕T)) 0 ≤ i ≤ T
V(N,*)=< ......
IV(N) 其他
V(Z)按正常风廓模型(NWP)进行计算,NWP由GB/T 18451.1—2012中6.3.1.1给出
T = 10.5 SO 5.3.5台风极端风向变化(EDCT)
台风过程的极端风向变化幅值OeT可以用式(IO)进行计算：
_ C -
^eτ = + β.4arctan Γ1 . n 9∕L> \ 1 ...........................( 10 )
VhUbF+ 0.2(生丿丄
式中：
bi---由 GB/T 18451.1—2012 中式(1)给出；
AI——湍流尺度参数，由GB/T 18451.1—2012中式(5)给出；
D--风轮直径。
极端风向变化瞬时值由式ɑl)确定：
'0。 t < 0
ΘCt) =J+0.5^eT(I-COS(π√T)) OWT ...............( 11 )
0eT t > T
此处,极端风向变化过程持续时间τ = β So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/T 18451.1—2012中的正常风廓线模型(NWP)O
5.4工况设计和载荷计算
5.4.1概述
5.4.1.1载荷计算应满足GB/T 18451.1-2012和本标准的要求。完整的机组设计载荷工况由两部分 组成:本标准表2规定的台风环境下设计工况和GB/T 18451.1-2012中表2规定的工况。
5.4.1.2设计计算至少应考虑GB/T 18451.1—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/T 18451.1—2012中表2进行载荷计算时,应使用GB/T 18451.1—2012规定的风模 型,设计参数应与本标准保持一致性O
表2设计载荷工况(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.1 |
EOGn Vr<Vhub≤Vout |
外部或内部电气故障 |
U |
N |
|
正常关机 |
T.2 |
EOGn Vr<Vhub≤Vout |
U |
N | |
|
T.3 |
ECD KVVhUbWVOUt |
U |
N | ||
|
T.4 |
EDeT Vr<Vhub≤V0ut |
U |
N | ||
|
空转 |
T.5 |
ECD VhUb =VOUt ,V°ut+2 m/ S |
U |
N | |
|
T.6 |
EDCT VOUtwhUbVo∙7Vτref |
U |
N | ||
|
T.7 |
EWS VhUb=VTrcf |
U |
N | ||
|
T.8 |
EOGt5o VOUtVvhUbVo∙7Vτref |
U |
N | ||
|
T.9 |
TTM 1年一遇 |
极端偏航误差 |
U |
N | |
|
T.10 |
EWMT 50 年一遇 |
失去电网连接 |
U |
A | |
|
T.11 |
TTM VhUb = O.7VTref或由场址确定 |
台风湍流模型 |
F |
* | |
|
关机兼故障 |
T.12 |
EWMT 1年一遇 |
偏航故障或变桨故障 |
U |
A |
|
T.13 |
EDCT VOUtVvFhUbV 0.7 VTref |
偏航故障或变桨故障 |
U |
A |
注：表中各符号的定义,除本标准已有定义外,等同釆用GB/T 18451.1—2012o
表中的ECD、EWS风况模型等同采用GB/T 18451.1—2012中6.3.2.5、6.3.2.6的定义。
5.4.1.5若有足够的资料证明，比如釆用了能够更好模拟台风过程的风况模型,则可以对表2所列工况 进行合理修改。
5.4.1.6附录C给出了式(3)里阵风系数的实测数据分析,可根据机组实际情况选用,并在技术文件中 给出。但对于塔架和基础的设计极限载荷,不应改变式(3)里的阵风系数。对于地形复杂的地区,纵向、 横向和竖向的湍流分量标准偏差可根据附录F.3计算。
5.4.2发电兼有故障(DLC T.1)
本工况考虑台风登陆前的一段时间,机组受台风影响且处于发电过程中，由于故障所触发的瞬时事 件。台风环境下，同一风速表现的阵风幅值通常大于GB/T 18451.1-2012的定义。这种设计状态下 的其他风况与故障的组合在GB/T 18451.1—2012中考虑。
若可确保机组在受到台风影响前处于关机空转状态,则这种设计状态可以不用考虑。
5.4.3 正常关机(DLC T.2-T.4)
这种设计状态主要考虑台风登陆前处于发电状态的机组出于安全目的而关机的需要,包括机组从 发电状态到空转状态的过程中产生载荷的所有事件。
若保证机组在受到台风影响前处于关机空转状态,则这种设计状态可以不用考虑。
5.4.4 空转(DLCT.5 〜T.11)
在这种设计状态中,风轮处于空转状态。若机组在电网失电情况下,控制和偏航系统可以正常工作
6 h以上,则DLC T.10可以不用考虑,否则应分析风向变化±180°所产生的影响。
在DLC T.9中，1年一遇的极端风况应与极端偏航误差相结合,假定极端偏航误差为±20°。轮毂 处风速按式(6)计算。
在DLC T.ll中，轮毂高度处的风速应根据机组安装区域台风登陆期间的多年平均风速确定;在无 法确定上述平均风速时,根据表2中推荐的风速设计。该风速所对应的波动载荷下预期的不发电时间 应根据机组安装区域多年台风记录数据确定,可根据风速区间［Vhub-2 m∕s,Vhub + 2 m/s］统计不发电 时间;若无确切数据,可参考附录D的统计结果进行估算。
5.4.5 关机兼故障（DLC T.12-T.13）
这种设计状态下，机组处于关机状态。台风通常造成电网失电,若机组偏航系统无法工作,应分析 可能产生的后果。故障状态应与湍流极端风模型结合起来。若偏航系统能够正常工作,对釆用叶片独 立变桨控制方式的机组,单个叶片的变桨系统出现故障,应分析这种情况下可能产生的后果;对非独立 变桨控制方式,还需要分析所有叶片变桨系统出现故障的情况。
5.4.6载荷计算结果分析
按 GB/T 18451.1—2012 中 7.6 的要求。
6技术要求
6.1基本要求
6.1.1机组设计除满足本标准和GB/T 18451.1—2012的规定外,还应符合国家其他相关标准的要求。 6.1.2机组在台风情况下通常处于关机（空转）状态,考虑机组的安全性和经济性,应合理选择机组各 部件的安全裕量。
6.1.3机组的特殊要求应在产品的技术文件中予以明确说明。
6.1.4机组的材料、制造、包装、运输和储存等技术要求,可参考其他相关标准的规定。
6.1.5机组合格认证可按照GB/Z 25458—2010的规定执行。
6.2电网条件
电网的供电情况对机组的安全有很大的影响，台风影响的持续时间可参考附录D。台风过程中，一 次断电6 h为正常条件,断电一周为极端条件。
6.3结构要求
6.3.1结构部件的设计应以ISO 2394和GB/T 18451.1—2012的要求为设计基础,极限强度和疲劳强 度需要通过计算或试验进行验证。机组在设计等级范围内的台风事件发生时及发生后,应保持必要的 整体稳定性。
6.3.2塔架应符合GB/T 19072—2010的规定;宜釆用适当的措施来减小结构的振动;塔架的制造还应 符合NB/T 31001—2010第4章〜第10章的规定。
6.3.3机组的基础应满足下述要求：
a） 应考虑台风过程中的暴雨影响，最大降水量可参考GB/T 4797.5—2008的附录NA；
b） 基础的设计应符合 GB 50135—2006、GB 50007—2011 和 GB 50010—2010 的规定；
C）机组基础的结构形式选择和强度、抗拔和抗滑稳定性应与机组等级相一致，其计算应符合 GB 50135—2006第7章的规定。
6.3.4在GB/T 4797.5—2008规定的暴雨下,应保证机舱罩、导流罩的保护功能良好;应对机舱罩和导 流罩进行静强度、耐久性、损伤容限和结构动力学分析。
6.3.5风轮叶片应满足GB/T 25383的要求。
6.3.6机组使用的风向风速仪应满足下面的要求：
a） 台风过程中,应保证风向风速仪能正常运行；
b） 风向风速仪应具备防盐雾腐蚀、防潮功能,保护等级不低于GB 4208-2008的IP65；
C）风速计测量精度宜达到0.1 m/s,测量最高风速不低于80 m∕s0
6.4防腐蚀要求
6.4.1机组的腐蚀防护等级应适应运行环境的要求，大气腐蚀性能等级的选用可按GB/T 19292.1-2003的规定执行。
6.4.2台风将使空气中的盐雾含量增加,并随风力的增大而使含盐量增加，机组结构部件的防腐蚀设 计应考虑空气中盐雾含量的这一变化特征。
6.4.3 塔架防腐应符合GB/T 19072—2010第9章的规定。
6.5雷电保护
机组应具备完善的雷电保护系统，所有导体接头应进行焊接或完全密封,并符合GB/Z 25427— 2010的要求。防雷接地装置设计应符合GB 50057—2010中4.3的规定。
6.6控制和保护系统要求
6.6.1台风情况下,短时间内风向通常会发生急剧的变化,机组可能会产生非正常的偏航或平衡变化， 应在控制策略中考虑这种情况。
6.6.2机组应能够接收台风警报信号,并具备远程控制功能。
6.6.3台风情况下,对变桨控制的机组,应使风轮处于自由空转状态，叶片顺桨，除非能够验证其他状 态是安全的。
6.6.4台风情况下,对变桨控制的机组,建议偏航系统保持风轮始终处于上风向或下风向的状态。
6.6.5电网失电后的至少6 h内，建议机组控制系统具备持续工作能力,且偏航系统具备不间断的偏航 调节能力。
7安装场址的台风环境评估
7.1台风风险评估
对机组的安装场址,应根据安装场址所在区域多年的台风观测数据进行台风风险评估,包括台风等 级、台风登陆路径、登陆频次和每次登陆小时数等,可参考附录E进行台风风险评估。
7.2台风风速分析
按照GB/T 18451.1-2012的附录A所列参数进行分析,至少应包括轮毂高度处1年一遇和50年 一遇极端风速。
对部分台风观测数据的分析表明，台风湍流纵向、横向和竖直方向的强度具有如附录F中表F.3所 示的关系；如果有安装场址的台风三维超声观测数据,应分析湍流三个方向的强度关系，根据分析结果 对机组的强度进行校核。
8建设、运行与维护
8.1机组安装场址台风风险分析应包括附录E的内容。
8.2对于安装在复杂地形地区的机组,应考虑复杂地形和台风风况的叠加效应,并根据GB/T 18451.1-2012的规定进行机组结构完整性评估。
8.3应合理制定机组安装计划,避开台风登陆季节。
8.4应按照GB/T 25385的规定,编制《台风事件应急方案》。
8.5机组应配备完善的现场安全设施和标志,标明台风带来的可能危害。
8.6台风警报解除之前,不允许机组自动启动；台风经过后,应对机组进行检查,并确认风速趋于平稳、 安全的情况下,方可启动机组。
8.7应注意防止高空坠落物的意外伤害。
8.8对机组的地基基础,应在机组施工期和运行期进行沉降观测。
8.9在现场条件和资金预算允许的情况下,建议沿海风电场场内集电线路采用地埋直敷电缆。
8.10应通过对各种气象、电气、机械、系统等参数的长期监测,对机组的各种运行性能、状态、外部环境 数据定期进行分类分析与总结。
附录A
（资料性附录）
中国东南沿海70 m高度50年一遇最大风速和年平均风速分布图
A.1样本数据
分析对象:2003年以来沿海Ill座测风塔观测到的224个热带气旋个例。
对上述个例按以下定义进行分类:
a） 测风塔距台风中心100 km以内；
b） 风向前后变化超过150°；
C） 风速大于15 m∕s0
符合上述条件为热带气旋中心及附近,否则为外围。
224个热带气旋个例中132个为热带气旋中心及附近个例,92个为热带气旋外围。
A.2 50年一遇最大风速
主要数据来源于东南沿岸气象站和沿海测风塔的热带气旋观测数据。对收集到的所有沿海气象站 观测数据建立1949年〜2010年热带气旋最大风速序列，使用POiSSOn-GUmbel联合概率分布计算 50年一遇最大风速;然后使用沿海测风塔风垂直切变结果,将其推算到70 m高度。沿海风电场通过气 象站与测风塔相关分析推算计算50年一遇最大风速。
统计以GB/T 18451.1-2012的安全等级风速作为参考,沿岸气象站最大风速计算结果、沿海风电 场最大风速计算结果绘成图A.1,表A.1是东南沿海70 m高度不同风速段的出现频率。
从图A.1可以看到,个别海岛、海岬风速最大,可达55 m/s〜57 m∕s,浙江和闽北、闽南、广东中、东 部及徐闻的大部分海岛、海岬为超I类（50 m/s〜55 m/s）,沿岸基本为I类,再往内陆依次为］!类、 DI类。从区域看,浙江-闽北、闽南-广东中东部及徐闻风速大,福建中部、广东湛江和茂名一带、海南大 部分区域次之。
32N
30N
28N
26N
24N
22N
20N
18N
108E IIoE 112E 114E 116E 118E 120E 122E
图A.1中国东南部沿海70 m高度50年一遇最大风速分布图
由表A.1可以发现,54 m/s的风速可以覆盖所有统计数据的9β%0
表A.1东南沿海70 m高度极端风速出现频率
|
风速/(m∕s) |
站数 |
频率/% |
累积频率/% |
|
<37.5 |
48 |
22.75 |
22.75 |
|
37.5 〜42.4 |
42 |
19.91 |
42.65 |
|
42.5 〜49.9 |
89 |
42.18 |
84.83 |
|
50 〜51.9 |
16 |
7.58 |
92.42 |
|
52 〜53.9 |
9 |
4.27 |
96.68 |
|
54 〜55.9 |
5 |
2.37 |
99.05 |
|
56 〜57.9 |
1 |
0.47 |
99.53 |
|
58 〜59.9 |
1 |
0.47 |
100.00 |
|
合计 |
211 |
100 |
A.3年平均风速分布图
综合了沿海测风塔计算的年平均风速绘于图A.2,可以看到,福建中部沿岸最大,8.0 m/s〜9.8 m/s,浙 江中北部沿岸、广东部分沿岸、广西沿岸和海南部分沿岸5 m/s〜6 m/s,其余6.0 m/s〜7.9 m∕s0
图A.2 70 m高年平均风速
A.4 50年一遇风速与年平均风速的比值
在GB/T 18451.1-2012中，风力发电机组安全等级50年一遇最大风速是年平均风速的5倍,台风 影响区50年一遇最大风速年平均风速的比值差别较大（见图A.3）,福建中部5〜6倍,浙江北部、广西
6倍,浙江中南部、福建北部、雷州半岛南部和海南岛北部8倍,其他区域6〜7倍。
32N
30N
图A.3 70 In高50年一遇最大风速与年平均风速的比值分布图
附录B
（资料性附录） 热带气旋的结构
B.1热带气旋的尺度
一般用大于6级风圈的长轴表示热带气旋的尺度,平均8.6个纬距,7〜8月小台风较多，10月大台 风较多。
B.2台风眼
强烈的热带气旋的环流中心是下沉气流,将形成一个风眼。台风眼清晰且呈圆形,是发展为台风及 强台风的标志。眼内的天气通常都是平静无风、无云,甚至时有阳光（但海面仍可能波涛汹涌）。风眼直 径由2 km〜370 km不等。
B.3风眼墙（或称眼壁）
包围风眼的是圆桶状的风眼墙,风眼墙内对流非常强烈，其云层的高度在热带气旋内通常是最高 的，降水的强度和风力的强度在热带气旋内也是最大的。
B.4热带气旋风场
热带气旋风场在大洋上大致呈圆对称，在北半球其右半边等压线比较密集，其风向与行进方向一 致,风速右半边得到加强,称为“危险半圆”,左半边则风向与行进方向相反,风速减小。
B.5近海热带气旋风场的非对称性
热带气旋在靠近陆地时由于下垫面的改变，风场更加不对称，热带气旋行进右前方明显大于左 后方。
附录C
（资料性附录）
阵风系数
C.1 GB/T 18451.1—2012 的阵风系数
GB/T 18451.1-2012规定了 50年一遇极端风速卩胡。与参考风速Kef关系的极端风速模型：
Ve50 （≈）=1.4Vref（^-） 0，11
公式中的1.4通常被称为极大风速模型的阵风系数。
C.2阵风系数的总体特征
使用A.1中TC中心及附近的样本数据,分析3 S最大瞬时风速与10 min最大风速的比值,分别对 陆地和海上阵风系数进行统计（见图C.1）,结果表明：陆上为1.259 9,海上为1.196 1,均低于L4。
90
80
(S、≡、畫蓄
(<≡期区斎
b）海上
图C.1台风的阵风系数总体特征
C.3阵风系数垂直变化特征
图C.2为15 m/s以上和25 m/s以上阵风系数随高度变化曲线。可以看到，大风情况下阵风系数 随高度的升高而减少,15 m/s以上各高度阵风系数分别是IO m高度1.39,50 m高度1.26,70 m高度 1.26o 25 m/s以上大风的阵风系数Iom高度1.31,50 m高度L25,70 m高度1.250
70「 Λ
60504030201°
----N15 m/s
---N 25 m/s
o ---------------------------------,----------------------------------■----------------------------------■----------------------------------■
1.2 1.25 1.3 1.35 1.4
阵风系数
图C.2大风情况下的阵风系数垂直变化
附录D
(资料性附录)
影响中国近海的热带气旋统计分析
D.1登陆热带气旋特征
1949年〜2010年西北太平洋生成热带气旋总计2 046个,年均33个,其中登陆中国大陆共512个, 每年平均8.3个(见表D.l)0登陆热带气旋中，台风及台风强度以上的占36%。
表D.1 1949年〜2010年热带气旋频数
|
热带气旋 强度分级 |
风速 /(ɪn/s) |
西北太平洋 |
登陆中国大陆 | ||
|
个数 |
频率/% |
个数 |
频率/% | ||
|
超强台风 |
≥51 |
362 |
17.7 |
6 |
1.17 |
|
强台风 |
41.5 〜50.9 |
287 |
14.0 |
34 |
6.64 |
|
台风 |
32.7 〜41.4 |
385 |
18.8 |
147 |
28.71 |
|
强热带风暴 |
24.5 〜32.6 |
395 |
19.3 |
136 |
26.56 |
|
热带风暴 |
17.2 〜24.4 |
617 |
30.2 |
189 |
36.91 |
|
热带低压 |
10.8-17.1 | ||||
|
_________⅛⅛_________ |
2 046 |
100 |
512 |
100 | |
热带气旋年鉴给出的是每6 h的中心最大风速和气压,而登陆时间一般不是在每6 h的正点，因 此,如果登陆时间不在每6 h的正点,统计中登陆热带气旋的强度以登陆前6 h正点最大风速为准。以 GB/T 18451.1—2012规定的安全等级进行统计,登陆热带气旋强度达ΠI类安全风速(30 m/s〜37.4 m∕s) 的登陆地点最北可以到达山东半岛［见图D.la)］,频数达5个以上的地点集中在福建以南沿海,其中福 建中部和北部、广东西部和海南岛超过8个；I［类安全风速(37.5 m/s〜42.4 m/s)的登陆频数大为减 少,登陆地点集中在上海以南沿海［见图D.lb)］,频数大多不超过3个,仅海南的文昌达到9个；I类安 全风速(42.5 m/s〜49.9 m/s)发生在浙江南部以南沿海［见图Dlc)］,频数多为1个,最多的是粤西的 阳江、海南的文昌和三亚,分别为2个;超I类安全风速(250 m/s)的登陆频数海南琼海最多3个［见 图D.ld)］,其余为1个,其中浙江象山和乐清、福建福鼎、海南琼海的登陆台风出现年代基本为20世纪 50年代,浙江三门、福建霞浦、晋江和广东惠来为20世纪60年代,这些时期的台风强度普遍偏强。
a) 30 ɪn/s〜37. 4 m/s
b) 37. 5 m/s〜42. 4 m/s
no us
125 no 115
C) 42. 5 m/s〜49. 9 m/s
d) N50 m/s
图D.1基于GB/T 18451.1-2012风力发电机组安全风速等级的登陆频数
D.2不同台风路径风电场风速、风向和气压演变
分析了收集到的100多座测风塔的台风个例，以及香港横栏岛1978年以来的台风个例,发现各种 台风路径下测风塔的风向、风速的变化,与测风塔位于台风前进方向的象限有关,而与台风的强度和移 动路径无关。
风电场位于台风中心移动路径的右侧,风电场先后遭遇台风前部的最大风速区、台风眼、台风后部 的最大风速区,风速呈双峰型［见图D.2a）］,当台风登陆后快速减弱，台风后部的峰值会不明显,风速呈 单峰型;风向呈顺时针变化,N-NE-E-SW,变化角度超过150。；气压呈漏斗状,登陆期间最低。
201117纳莎文昌木兰头测风塔
Gdq g96+)m‰√(<≡煨X
- 、 - -G OoE Z 050505050 4 3 3 2 2 II
OZ6+)mr><ul)煨区
I—风速......气压…风向~I
b)
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（70 In高度）
风电场位于台风中心移动路径的左侧,风电场先后遭遇台风前部的最大风速区、台风眼、台风后部 的最大风速区,风速呈双峰型，当台风登陆后快速减弱，台风后部的峰值会不明显，风速呈单峰型［见 图D.2b）L风向呈逆时针变化,NE-N-NW-W-WSW,风向变化角度超过150。；气压呈漏斗状,登陆期间 最低。
D.3台风影响持续时间分析
图D.3是我国沿海不同地区每次受台风影响的平均时间。对观测的热带气旋记录，以测风塔（站 点）10 min平均风速第一次大于15 m/s作为影响该塔（点）的开始时间，最后一个10 miɪi平均风速大 于15 m/s时刻作为影响结束时间。
C）最短持续时间
图D.3沿海测风塔观测的台风影响持续时间
附录E
（规范性附录）
风力发电机组安装选址台风风险分析
E.1机组安装场址在台风影响区域内，前期测风时应再增加一套强风仪,其：
• 安装高度70 m〜90 m,在预计轮毂高度普通风速仪的上方或下方；
•最大量程80 m/s以上；
•釆样频率1 Hz,数据采集器配适当容量的数据存储卡,釆用合适的记录方式,并能够完整记录 台风数据。台风影响过后收取数据卡，以便于后期分析使用。
E.2台风影响区域沿海及海上风电场项目可行性研究报告中应包括台风风险分析,分析内容至少（但 不限于）包括：
•统计范围：以风电场为中心,周边100 km范围内有记录以来的热带气旋；
•分析内容:各强度热带气旋出现频数、路径特征,影响风电场范围内的最大风速和最低气压，台 风影响过程的平均、最长、最短影响小时数（风向变化大于150°,风速持续大于15 m/s）,降雨 量,最强台风个例分析；
• 风速统计级别：W25 m/s； 25.1 m/s〜37.4 m/s； 37.5 m/s 〜42.4 m/s； 42.5 m/s 〜50 m/s； >50 m/s；
•台风影响范围内测风塔数据分析:收集台风影响范围内测风塔数据,分析台风影响期间风向、 风速变化,大风情况下湍流强度、垂直切变、阵风系数；
•若有三维超声观测数据,应分析三维湍流强度、风攻角、湍流尺度、湍流谱等；
•场址的不同重现期最大风速计算,可釆用多种概率统计方法计算：
D通过相关分析的方法将风电场附近气象站长序列最大风速推算为风电场最大风速,釆用 极值I型和WeibUll概率模型计算风电场不同重现期最大风速；
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。
附录F （资料性附录） 台风的湍流特性
F.1 <ΓE∖<rσ 特征
GB/T 18451.1-2012对湍流的描述见式(F.1)〜式(F.4): σ1 =Iref (0.75 ×Vhub+ 5.6) ........................( F.1 )
σE=Jref(0.75 × Vhub+3.8) ........................( F.2 )
J =1.4Iref ........................( F.3 )
=σE +E ........................( F. 4 )
式中：
σ1——轮毂高度处纵向风速标准偏差；
σE--风速平均标准差；
J--的标准差。
为了保证结果的稳定性和可信度，对附录A.1提到的台风观测过程样本在11 m/s〜26 m/s风速 段实际σE和σff建立线性拟合曲线（见图F.1） O可见实测σE线性拟合线和GB/T 18451.1-2012的σE 线很相似,都随风速的增大而增大,斜率相差0.01;实测σff与GB/T 18451.1-2012的σσ稍有差别，实 测σff随风速略有增大,但斜率仅0.004 7,可以忽略,但实测σff截距远大于GB/T 18451.1—2012的σff, 这反映了台风风速变幅大的特点。
5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39
风速/ (m/s)
统计蘇 —实测％ —•—GB/T 18451.1—2012 的气
----^BZT 18451.1—2012的气--实测气线性拟合--实测气线性拟合
图F.1 GB/T 18451.1—2012和台风实测σE的比较
F.2不同地形对湍流强度的影响
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70 m高度处的湍流 强度。从图F.2可以看到，与GB/T 18451.1-2012比较,海上湍流强度95%分位数曲线不超过C类。 然而陆上差异较大,湍流强度90%分位数曲线在19 m/s〜26 m/s稍高于A类，95%分位数曲线在 15 m∕s~27 m/s明显高于A类。
=70 m高实测湍流强度 ♦ 90 %分位数 -A- 95 %分位数
♦ IEC 61400-1 Ed.3 C TI=O. 12 ▲ IEC 61400-1 Ed.3B TI=O. 14 ∙ IEC 61400-1 Ed.3 A Π=0.16
。70 m高实测湍流强度 →- 90%分位数 *95%分位数
♦ IEC 61400-1 Ed.3 C Tl=O. 12 ▲ IEC 61400TEd.3B TI=O. 14 ・ IEC 61400~L Ed.3 A TI=O. 16
注：图中的标记“IEC 61400-1 Ed.3"等同于 GB/T 18451.1—2012o
图F.2陆上、海上湍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：山 地,测风塔位于海拔高度300 m以上的山地;丘陵,测风塔位于海拔高度100 m〜300 m的丘陵地带；防 风林,测风塔周边有沿岸防风林;平坦地,测风塔周边开阔平坦。沿用GB/T 18451.1-2012的参数规 定和表达形式,各地形湍流强度90%和95%分位数Lef相应的分布如图F.3,可以看到，山地地形湍流 强度很大,远远超过GB/T 18451.1—2012的A类，丘陵95%分位数稍大于GB/T 18451.1-2012的 A类,平坦地、防风林和海上不超过GB/T 18451.1-2012的A类。因此,建议在台风影响区应根据地 形考虑不同类型级别。
20 25 30 35 40 45 50
5 10 15
O l O
5
20 25 30 35 40 45 50
15
风速/ (m∕s)
4 3 2 1
0000 口樓陶最雅
风速/(m/s)
|
U ( |
) 5 10 15 |
|
(a)丘陵 | |
|
0.5 | |
|
0.4 | |
|
•\ - |
20 25 30 35 40 45 50
风速/ (m∕s)
O 70 m高实测湍流强度
→-90%分位数
. IEC 61400-1 Ed.3 B TI=O. 14
—IEC 61400-1 Ed.3 A TI=O. 16
O 5 10 15
(b)丘陵
0.5 r
20 25 30 35 40 45 50
风速/ (m∕s)
。70 m高实测湍流强度
→-95%分位数
. IEC 61400-1 Ed.3 A TI=O. 16
——IEC 61400-1 Ed.3 A TI=O. 16
5 4 3 2 1
Cs0000 p≡⅛s
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
风速/(m/s)
10 15 20 25 30 35 40 45 50
风速/ (m∕s)
(b)平坦地
注：图中的标记“IEC 61400-1 Ed3"等同于 GB/T 18451.1—2012o
图F.3台风影响下不同地形90%和95%分位数湍流强度的Iref参数
F.3湍流三个分量的特征
GB/T 18451.1—2012定义的湍流模型中,纵向湍流标准差σ1、横向湍流标准差σ2和竖向湍流标准 差σ3之间的关系见式(F.5)和式(F.6):
σ2 =0.7σι ........................( F.5 )
σ3 =0.5σ1 ........................( F.6 )
利用安装在中国东南沿海的测风塔观测到的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GiIl公司生产的Wind MaSter Pro),分析计算门、七、4、七/七和 σ3∕σ1(见表F.1),过程平均湍流标准差见式(F.7)和式(F.8):
C = 0.8βσι ........................( F.7 )
= 0.51tTι ........................( F.8 )
可以看到与σ1的关系几乎没有改变与σ1的关系由0.7增加到0.8βo
表F.1不同热带气旋个例三个方向湍流强度比值
|
台风名称 |
横向/纵向(σ2∕σ1) |
垂向/纵向(^3 Al) |
|
凡亚比 |
0.87 |
0.50 |
|
鮎鱼 |
0.90 |
0.49 |
|
莫兰蒂 |
0.89 |
0.54 |
|
莫拉菲 |
0.83 |
0.49 |
|
莫拉克 |
0.83 |
0.50 |
|
苏迪罗1 |
0.81 |
0.52 |
|
苏迪罗2 |
0.86 |
0.55 |
|
灿都 |
0.89 |
0.54 |
|
海马 |
0.89 |
0.46 |
|
山神 |
0.82 |
0.49 |
|
平均 |
0.86 |
0.51 |
参考文献
[1] GB/T 19201—2006热带气旋等级
：2] FD 002-2007风电场工程等级划分及涉及安全标准（试行）
[3] FD 003-2007风电机组地基基础设计规范（试行）
[4] 陈联寿,丁一汇.台风概论.北京:科学出版社,1979.
[5] StOrk CHJ ,Butterfield CP, HOlley W, MadSen PH ,Jensen PH. Wind COnditiOnS for Wind turbine design PrOPOSaiS for revision Of the IEC 1400-1 Standard.Journal Of Wind Engineering&-IndUStrial AerOdynanliCS 1998 ； 74-76 ： 443-454.
[6] GUnner Chr. LarSenl, KUrt S. Hansen. RatiOnai CaiibratiOn Of four IEC 61400-1 extreme external Conditions-Wind Energy,VOIUme 11 ,Issue 6,pages 685-702.
中华人民共和国
国家标准
台风型风力发电机组
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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
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可参考附录F的台风过程湍流特性分析结果。
台风湍流极端风模型的湍流标准偏差与台风湍流模型(TTM)不相关。