海上風(fēng)電場受熱帶氣旋影響
海上風(fēng)電場熱帶氣旋影響評估技術(shù)規(guī)范
范圍
本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了海上風(fēng)電場熱帶氣旋影響評估區(qū)域確定、資料收集與處理、熱帶氣旋風(fēng)險(xiǎn)評估和熱帶氣旋發(fā)電效益評估的技術(shù)方法。
本標(biāo)準(zhǔn)適用于海上風(fēng)電開發(fā)的熱帶氣旋風(fēng)險(xiǎn)評估和發(fā)電效益評估。
風(fēng)險(xiǎn)評估區(qū)域確定
應(yīng)根據(jù)海上風(fēng)電場所在地區(qū)熱帶氣旋最大風(fēng)速(或眼壁區(qū))半徑的統(tǒng)計(jì)特征確定風(fēng)險(xiǎn)評估區(qū)域。風(fēng)險(xiǎn)評估區(qū)域以工程區(qū)域邊界線外擴(kuò)50 km~ 100 km為宜。
注:根據(jù)多個(gè)熱帶氣旋的概率統(tǒng)計(jì)結(jié)果,熱帶氣旋眼壁區(qū)半徑一般在50km~100km之間。
發(fā)電效益評估區(qū)域確定應(yīng)以可滿足風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行工況條件的歷史熱帶氣旋外圍風(fēng)區(qū)和影響時(shí)間特征為分析依據(jù)，以影響風(fēng)電場熱帶氣旋6級~7級風(fēng)圈半徑區(qū)域和影響時(shí)間為主要指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。發(fā)電效益評估區(qū)域以工程區(qū)域邊界線外擴(kuò)130 km~500 km為宜。
注:根據(jù)多個(gè)熱帶氣旋實(shí)測資料的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,滿足風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行工況條件的熱帶氣旋外圍風(fēng)區(qū)半徑一般在130km~500 km之間。
資料收集與處理

總體要求
應(yīng)全面收集評估區(qū)域內(nèi)氣象觀測等資料,特別是熱帶氣旋相關(guān)資料。當(dāng)專用氣象站未能觀測到熱帶氣旋渦旋區(qū)域的數(shù)據(jù)時(shí),應(yīng)收集其具有代表性的包含熱帶氣旋渦旋的海上觀測數(shù)據(jù)。
參證氣象站長期觀測資料收集與處理
應(yīng)收集評估區(qū)域內(nèi)氣象站資料,并按照QX/T 438- -2018 中第3章和第4章的規(guī)定進(jìn)行參證氣象站選取及參證氣象站年最大風(fēng)速序列一致性訂正,包括遷站訂正、高度訂正、時(shí)距訂正等,時(shí)間序列一般不少于30年。
專用氣象站資料收集與處理
應(yīng)收集工程區(qū)域內(nèi)專用氣象站資料,并按照NB/T 31147- -2018中5.2的規(guī)定進(jìn)行數(shù)據(jù)檢驗(yàn),包括數(shù)據(jù)代表性評價(jià)、數(shù)據(jù)完整性檢驗(yàn)、數(shù)據(jù)合理性檢驗(yàn)等。
熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集收集與處理
應(yīng)收集評估區(qū)域內(nèi)至少近30年的熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集,并將該數(shù)據(jù)集訂正為10 min時(shí)距的風(fēng)速。

熱帶氣旋風(fēng)險(xiǎn)評估
熱帶氣旋統(tǒng)計(jì)特征
風(fēng)險(xiǎn)評估區(qū)域內(nèi)熱帶氣旋統(tǒng)計(jì)特征應(yīng)包含:
a)    熱帶氣旋中心經(jīng)過風(fēng)險(xiǎn)評估區(qū)域的各等級熱帶氣旋的年、月平均頻數(shù)與頻率、不同臺風(fēng)路徑移動方向的頻數(shù)與頻率統(tǒng)計(jì);
b)熱帶氣旋中心經(jīng)過風(fēng)險(xiǎn)評估區(qū)域的超過WTGS等級風(fēng)速的熱帶氣旋頻數(shù)和頻率統(tǒng)計(jì):
c) 熱帶氣旋對工程區(qū)域影響較大的熱帶氣旋強(qiáng)度、路徑等統(tǒng)計(jì)分析。
風(fēng)電機(jī)組選型及設(shè)計(jì)載荷工況參數(shù)計(jì)算
利用現(xiàn)場專用氣象站觀測資料,特別是熱帶氣旋觀測資料,計(jì)算風(fēng)電機(jī)組選型和設(shè)計(jì)載荷工況參數(shù)。對于熱帶氣旋觀測資料,應(yīng)按照GB/T36745--2018中第5章至第7章規(guī)定的熱帶氣旋渦旋風(fēng)的分區(qū)指標(biāo)進(jìn)行分區(qū),并分別計(jì)算熱帶氣旋眼壁區(qū)、眼區(qū)、外圍區(qū)的風(fēng)電機(jī)組選型和設(shè)計(jì)載荷工況參數(shù)。
風(fēng)電機(jī)組選型和設(shè)計(jì)載荷工況參數(shù)具體包括:
a)風(fēng)電機(jī)組選型參數(shù)包括:50年一遇最大風(fēng)速、50年一遇極大風(fēng)速和參考湍流強(qiáng)度。參考湍流強(qiáng)度應(yīng)同時(shí)考慮熱帶氣旋眼壁區(qū)湍流強(qiáng)度。
b) 風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)載荷工況參數(shù)包括:風(fēng)向變差角、人流角、湍流強(qiáng)度、風(fēng)切變指數(shù)、陣風(fēng)系數(shù),以及極端運(yùn)行陣風(fēng)、極端風(fēng)向變化和方向變化的極端相干陣風(fēng)等極端工況參數(shù)。
風(fēng)電機(jī)組選型和設(shè)計(jì)載荷工況參數(shù)計(jì)算方法如下:
a) 風(fēng)向變差角計(jì)算方法見定義3.8,人流角(又稱風(fēng)攻角)按照GB/T 36745- -2018中定義2.4計(jì)算湍流強(qiáng)度、風(fēng)切變指數(shù)(又稱風(fēng)廓線指數(shù))、陣風(fēng)系數(shù)按照GB/T 36745- -2018中附錄A計(jì)算。
b) 若現(xiàn)場專用氣象站具備三維高頻(采樣頻率為1Hz及以上)觀測數(shù)據(jù),應(yīng)按照IEC 61400-1:2019中6.3.3和GB/T 31519- 2015 中5.3的規(guī)定,計(jì)算極端工況參數(shù),包括極端運(yùn)行陣風(fēng)、極端風(fēng)向變化、方向變化的極端相干陣風(fēng)等。
工程區(qū)域重現(xiàn)期風(fēng)速及WTGS等級風(fēng)速超越概率計(jì)算
工程區(qū)域N年一遇最大風(fēng)速
參證氣象站與專用氣象站相關(guān)性分析
應(yīng)按照下列方法進(jìn)行:
a) 選取專用氣象站輪轂高度處與參證氣象站至少一年同步觀測的日最大10 min平均風(fēng)速的較大值樣本(宜為10 m/s以上)進(jìn)行線性相關(guān)分析,得到比值系數(shù)或回歸系數(shù),并對其進(jìn)行相關(guān)
顯著性檢驗(yàn)(檢驗(yàn)方法見QX/T 438- -2018 中附錄C);
b) 若相關(guān)顯著性通過0.05信度檢驗(yàn),則參證氣象站與專用氣象站相關(guān)性良好,若未通過0.05信度檢驗(yàn)，則相關(guān)性較差。
工程區(qū)域N年一遇最大風(fēng)速計(jì)算
當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)評估區(qū)域內(nèi)有參證氣象站且與專用氣象站相關(guān)性良好時(shí),利用極值I型概率分布函數(shù)計(jì)算參證氣象站N年一遇最大風(fēng)速,然后利用比值系數(shù)或回歸系數(shù),將參證氣象站N年一遇最大風(fēng)速推算到工程區(qū)域輪轂高度處,最后按照附錄A的A.2計(jì)算工程區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)空氣密度下輪轂高度處N年一遇風(fēng)速。
當(dāng) 風(fēng)險(xiǎn)評估區(qū)域內(nèi)無參證氣象站或參證氣象站與專用氣象站相關(guān)性較差時(shí),宜利用熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集參照如下步驟計(jì)算工程區(qū)域N年一遇最大風(fēng)速:
a) 當(dāng)工程區(qū)域?qū)Ｓ脷庀笳疚挥谀硶r(shí)刻某個(gè)熱帶氣旋最大風(fēng)速半徑(計(jì)算方法參見HAD 101/11-1991附錄V\I )范圍內(nèi)時(shí)，則認(rèn)為工程區(qū)域?qū)Ｓ脷庀笳臼艿綗釒庑绊?且工程區(qū)域?qū)Ｓ脷庀笳驹摃r(shí)刻的風(fēng)速值等于該熱帶氣旋的最大風(fēng)速值。
b)    統(tǒng)計(jì)工程區(qū)域?qū)Ｓ脷庀笳灸曜畲箫L(fēng)速序列以及熱帶氣旋影響頻數(shù),計(jì)算工程區(qū)域?qū)Ｓ脷庀笳綨年一遇最大風(fēng)速:
1)若年最大風(fēng)速樣本可組成連續(xù)20年以上的年最大風(fēng)速序列,利用極值I型概率分布函數(shù)計(jì)算工程區(qū)域?qū)Ｓ脷庀笳镜腘年一.遇最大風(fēng)速;
2) 若年最大風(fēng)速樣本不能組成連續(xù)20年以上的年最大風(fēng)速序列，利用泊松-耿貝爾
(Poisson- Gumbel)概率分布函數(shù)(見附錄B的B.1)計(jì)算工程區(qū)域?qū)Ｓ脷庀笳镜腘年一遇最大風(fēng)速,按照附錄B的B.2和B.3對泊松耿貝爾擬合分布進(jìn)行檢驗(yàn),并按照附錄A計(jì)算工程區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)空氣密度下輪轂高度處N年一遇最大風(fēng)速。

WTGS等級風(fēng)速超越概率推算
將WTGS等級風(fēng)速換算為工程區(qū)域空氣密度下10 m高度的風(fēng)速，根據(jù)極值I型概率分布函數(shù)或泊松-耿貝爾( Poisson- Gumbel)概率分布函數(shù),計(jì)算工程區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)空氣密度下10 m高度風(fēng)速對應(yīng)的頻率。
工程區(qū)域N年一遇極大風(fēng)速計(jì)算
利用專用氣象站至少一年的10 min平均風(fēng)速降序排列后前2%的數(shù)據(jù)作為較大值樣本,計(jì)算其平均陣風(fēng)系數(shù),利用6.3.1計(jì)算的工程區(qū)域N年一遇最大風(fēng)速,與陣風(fēng)系數(shù)相乘得到工程區(qū)域N年一遇極大風(fēng)速。
風(fēng)電機(jī)組選型及安全風(fēng)險(xiǎn)評估
結(jié)合6.3推算的工程區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)空氣密度下輪轂高度處50年一遇最大風(fēng)速、WTGS等級風(fēng)速超越概率，以及6.2計(jì)算的參考湍流強(qiáng)度、熱帶氣旋眼壁區(qū)湍流強(qiáng)度,評估風(fēng)電機(jī)組選型風(fēng)險(xiǎn)及安全等級。
判別6.2和6.3計(jì)算的風(fēng)機(jī)工況參數(shù)是否滿足風(fēng)機(jī)性能指標(biāo)和參數(shù)要求,評估風(fēng)電機(jī)組選型風(fēng)險(xiǎn)。
判別 6.2計(jì)算的熱帶氣旋湍流強(qiáng)度、極端運(yùn)行陣風(fēng)、極端風(fēng)向變化、方向變化的極端相干陣風(fēng)等風(fēng)機(jī)工況參數(shù)是否滿足IEC 61400-1:2019中6.3.3和GB/T 31519- -2015 中5.3規(guī)定的各種工況的參數(shù)要求,評估熱帶氣旋條件下風(fēng)電機(jī)組安全風(fēng)險(xiǎn)。
熱帶氣旋發(fā)電效益評估
熱帶氣旋發(fā)電效益評估目標(biāo)和指標(biāo)
以滿足風(fēng)電機(jī)組發(fā)電工況氣象參數(shù)條件的熱帶氣旋外圍風(fēng)區(qū)為目標(biāo)。
以風(fēng)電機(jī)組等效滿負(fù)荷運(yùn)行小時(shí)數(shù)作為發(fā)電效益評估的指標(biāo)。
熱帶氣旋發(fā)電效益評估參數(shù)
利用熱帶氣旋發(fā)電效益評估區(qū)域內(nèi)至少30年的熱帶氣旋數(shù)據(jù),評估平均年景、最好年景和最差年景的熱帶氣旋發(fā)電效益。
平均年景:熱帶氣旋外圍影響的年平均等效滿負(fù)荷運(yùn)行小時(shí)數(shù)。
最好年景:熱帶氣旋外圍影響最多或時(shí)段最長的年份的等效滿負(fù)荷運(yùn)行小時(shí)數(shù)。
最差年景:熱帶氣旋外圍影響最少或時(shí)段最短的年份的等效滿負(fù)荷運(yùn)行小時(shí)數(shù)。