塔城地区铁列克提风区极大风速分析研究

刘天龙

【摘要】风电场设计需要考虑的外部因素取决于风机安装的高度。风机等级根据风速和湍流参数确定。等级的目的是为了覆盖大部分应用。风速和湍流参数值的目的欲代表多个不同的场所，并且不给任何特定地点的一个精确的表示，风机分类提供了一个稳健的清晰的风速和湍流参数定义。指定了基本参数。

【关键词】铁列克提风区 极大风速 IEC61400-1

特殊的风机类别S类，根据设计者或客户要求，规定在特殊风速或特殊外部条件或特殊安全类别中应用。S类风机设计值应有设计者选择，并且应当在设计文件中规定。对于这样的特别设计，对于设计条件值的选择应当反映风机使用的预期严重的环境。风电机组类别基本参数见下表。

兵团第九师位于新疆维吾尔自治区西北部，师所辖11个团场分布于塔城地区的塔城市、额敏县、裕民县、托里县境内。九师地处准噶尔盆地以西山地，为天山北部较特殊的加里东、海西褶皱带，北起塔尔巴哈台山，南向博罗霍洛山延伸。

塔城地区铁列克提风区位于兵团第九师161团铁列克提区域，裕民县境内，距离裕民县约78公里，距离九师师部额敏县约135公里，距离塔城市约132公里，距阿拉山口口岸约61km。风电场区域的海拔高度约在630～880m，场地开阔，地形较平坦。

风区内有一座测风塔，编号为0152#，分别观测100m、90m、80m、40m和20m的风速和100m和60m的风向，同时在10m处进行气压和温度的观测。

目前对于极端风况的分析主要采取以下几种方法：利用邻近气象站进行MCP相关预测、IEC61400-1中的极端风况模型（EWM）、五日最大风速取样法、根据GB5009-2001规范的风压表估算50年一遇的最大10min平均风速、根据年平均风速的五倍关系估算50年一遇的最大10min平均风速等一系列方法。

1、邻近气象站相关预测

根据裕民气象站1960～2008年历年实测最大2min风速，先将其换算成10min风速，再采用极值I型概率分布统计出50年一遇10m高10min平均最大设计风速为30.0m/s（50年一遇极大风速取50年一遇最大风速的1.4倍）。50年一遇最大风速计算公式为：

式中：V为风速；u=11.55为分布位置参数；α=0.5825为分布尺度参数。

根据《电力工程气象勘测技术规程》DL/T5158-2012中山区风压调整系数取值，选取1.1作为气象站10m高设计风速与测风塔10m高设计风速之间的换算系数，取测风塔实测年风切变指数数值，计算出预装轮毂高度80m处50年一遇最大风速为38.8m/s，70m处50年一遇最大风速为38.4m/s，此值为实际空气密度下计算结果，需要折算到标准空气密度下。

0152#测风塔70m与气象站10m高度风速数据相关分析图

铁列克提风电场地处中国边境，邻近气象站较远，利用裕民气象站的气象数据，先计算气象站的50年一遇最大风速，因无与测风塔同期相关关系，无法进行MCP相关预测，故参考电力工程规范，推算得到铁列克提风区80m高度50年一遇最大风速38.8m/s，标准空气密度下为37.4m/s。

2、IEC61400-1中的极端风况模型（EWM）

IEC61400-1（2005版）标准中规定对于风电场的极端风况推算，可以采用极端风况模型（EWM），其计算方法为1年一遇的10min最大风速为50年一遇的10min最大风速的0.8倍：

极端风速模型应为稳定或湍流模型。风模式应基于参考风速，，和固定湍流标准偏差，。对于稳定极端风模型，极端风速为的重现周期为50年，极端风速为的重现周期为1年，应当用高度Z的函数进行计算，方程式如下：

在稳定的极端风速模型中，平均风向的短期偏差修正值应假定常量偏角的误差在±15°。

对于不稳定的极端风速模型，复发周期为50年和1年的十分钟内均风速的函数值Z，应当分别给出：

纵向湍流标准偏差应该为：

收集到的数据时段为2008/6/10～2010/3/1，总测风时段约为21个月，经历了两个冬季，出现风速最高的月份为12月份，2008年的12月份，实测10min最大风速36.3m/s，2009年的12月份，实测10min最大风速34.2m/s。假设0152#测风塔测风期间80m高度测得的10min最大风速36.3m/s为一年一遇的10min最大风速，利用EWM模型推算得到铁列克提风区80m高度50年一遇的10min最大风速为45.4m/s，标准空气密度下为43.7m/s。

3、五日最大风速取样法

五日最大风速取样法是指，在实际测风年中每隔五日取一个最大风速值，利用这73（74）个最大风速样本点采用极值I型概率分布函数进行推算。

对0152#测风塔的完整年按五日取最大值，其极值I型的C1、C2参数采用线性插值法得到：

C1=1.188756；C2=0.555614

利用C1、C2系数及相关推算参数，推算得到铁列克提风区80m高度50年一遇的10min最大风速为35.4m/s。

4、根据GB5009-2001规范的风压表估算50年一遇的最大10min平均风速

在国家《建筑结构载荷规范》（GB50009-2001）中的全国风压分布表，查得塔城地区50年一遇最大风压为0.35，这是以气象站的观测高度10m为准的。用风压公式反推，计算得到该地区10米高度50年一遇的最大10min平均风速为23.9m/s，再用大风速切变系数推算得80m高度的50年一遇最大10min平均风速为30.0m/s。

5、根据年平均风速的五倍关系估算50年一遇的最大10min平均风速

关于IEC61400-1标准中的的说明，标准中的该公式主要为机型设计提供参考。通过计算，年平均风速最大值为8.84m/s，取8.84m/s推算50年一遇的10min最大风速为44.2m/s，标准空气密度下为42.6m/s。

6、 结论与建议

1、对比上述五种极风计算方法，方法2的50年一遇极风计算值相对较高。需要着重提出的是，方法2的50年一遇10min平均最大风速计算值43.7m/s较实际可能存在一定程度的高估，秉着谨慎的原则，为稳妥起见，暂且选取标准空气密度下43.7m/s进行极限载荷评估。

2、MCP在各种极风计算方法里，可信度相对较高，建议投资方收集裕民县气象站或者附近相关性较高的气象站历年最大风速以及与测风塔同期的逐小时风速风向数据，视情况采用MCP進行50年一遇极风的核算。

参考文献：

[1] 曾婷，赵东旭. 武威市极大风速气候特征分析及其推算[J]. 安徽农业科学. 2014（20）

[2] 牟迈. 风力发电机市场品牌集中度趋高，质量稳定性仍待提升[J]. 风能. 2011（05）