(中国能源建设集团广西电力设计研究院有限公司 广西南宁 530007)
摘要：论述在复杂山地，尤其是受台风影响区域风电场设计中，从风机安全性并兼顾风电场发电效益方面考虑，通过合理的方法分析确定风电场50年一遇最大风速并分析台风影响，为风机选型提供依据。
关键词：复杂山地风电场；50年一遇最大风速；台风影响；空气密度变化；
1引言
风电场50年一遇最大风速是风电场风能资源评估及支撑风机选型的一个重要参数，关系到风电机组在风电场运营期内遭遇极端风速情况的安全性及发电效益。
风电场所处地理位置、地形地貌的不同导致了场址风况特性的差异。在广西部分近海区域的山地风电场，因地形较复杂且靠近北部湾、雷州半岛海域，平均风速不大，但易受地形及热带气旋的双重影响，风电场50年一遇最大风速值Vref大多介于IEC III类及IEC II类[1]之间，一般而言，同等风况条件下IEC III类风机发电效益相对较好，IEC II类风机安全性相对较高，对于此类风电场的设计，如何确定风电场50年一遇最大风速，如何在保证风机安全性的前提下尽可能的提高发电效益，细化Vref推算成果就显得尤为重要。
2 风机分类标准
根据国际电工协会IEC的风机分类标准（详见表1），IEC III类及IEC II类风电机组Vref的临界值为37.5m/s，值得一提的是，该风速值指的是标准大气状况（空气密度ρ=1.225kg/m3）下的50年一遇最大风速，对于非标准大气状况，须将推算成果订正至标准空气密度下。
表中各数值应用于轮毂高度，Vref 表示风电场50 年一遇的10 分钟最大风速。
3 常用推算方法
对于复杂山地风电场，常用的50年一遇最大风速推算方法有：极值分布-Gumbel频率曲线法，五日最大法，五倍平均风速法等。
3.1 极值分布-Gumbel频率曲线法
极值分布-Gumbel频率曲线法基于极值I型概率分布，分布函数为:
此方法相对于Gumbel频率曲线法的优势在于，只需要获取一年的实际测风数据，在没有可靠的相关气象站资料的情况下，也能得出较为客观的结论，较为适用于复杂山地风电场。
3.3 五倍平均风速法
欧洲风电机组标准Ⅱ中建议：在中纬度地区，当Weibull分布的形状参数1.65<k<2.0时，Vref/Vave=5是适合的（其中Vref即是50年一遇的最大10min平均风速，Vave是年平均风速），即轮毂高度处50年一遇最大风速可按年平均风速的5倍计算。
4 工程实例
博白云飞嶂风电场工程位于广西玉林市博白县西北部，场址西南侧约120km为北部湾海域。风电场主要山脊呈东北~西南走向，并有多条西北~东南走向支脉，山顶海拔高度在400m～916m之间，山体起伏较大，地形较复杂。另外据统计，该区域历史上受台风影响频率较高。
本风电场在场址内东北部、中部、南部、东南部各设立有一座测风塔(编号分别为6095#、0018#、0001#、0002#)。根据收集的四座测风塔数据及场址周边参证气象站资料采用五日最大法、五倍平均风速法并结合台风影响综合分析本场址50年一遇最大风速。经计算，由五日最大法推算6095#、0018#、0001#、0002#测风塔90m高度标准空气密度下50年一遇最大风速分别为35.3m/s、30.7m/s、38.3m/s、28.1m/s；由五倍平均风速法推算值分别为35.0m/s、27.5m/s、29.4m/s、28.0m/s。
据气象统计资料，在风电场测风期间，先后有4个强度较大的热带气旋影响到该区域，场址内4座测风塔在台风过境期间记录了实测最大风速（10min），详见表2。
由表2可知，根据场址内测风塔实测数据分析，台风过境期间，6095#、0018#、0001#、0002#测风塔有记录的实测最大风速分别为29.2m/s、31.2m/s、38.1m/s、26.0m/s，相应标准空气密度下最大风速分别为27.5m/s、29.4m/s、35.9m/s、24.4m/s，值得一提的是，“威马逊”台风是建国以来，广西区域遭遇的强度最大的热带气旋，其重现期约为50年一遇。
综合上述五日最大法及五倍平均法推算成果并考虑台风影响，场址内0001#测风塔处50年一遇最大风速较大（大于37.5m/s），属IEC II类，其余测风塔处为IEC III类。从风机安全性并兼顾风电场发电效益方面考虑，结合国际电工协会IEC61400-1（2005）标准及风机厂家载荷、安全性复核成果，本风电场0001#测风塔区域部分机位适合选用IEC II类及以上安全标准的风机，其余测风塔区域适合选用IEC III类及以上安全标准的风机。
另外，由台风的特性可知，台风中心气压比四周气压要低。随着气压的降低，测风塔处的空气密度会有所下降，4座测风塔在台风期间风速与气压变化图详见图1，台风期间及全年的空气密度对比表详见表3。
由图1及表3可知，台风期间，当测风塔风速达到最大值时气压降到最低，此时的空气密度也随之降低。台风期间空气密度相较于全年小约0.5%~2.6%，因此在计算标准空气密度下50年一遇最大风速时若采用全年空气密度进行订正，计算结果将略偏大。
图1各测风塔在台风期间风速与气压变化图
5 结语
1）通过论述风电场50年一遇最大风速常用推算方法，并采用工程实例进行分析，认为五日最大法有较好的适用性，且对于复杂地形、多测风塔场址进行分片区计算有较大的优势，利于风机选型及混合排布方案的确定。
2）针对近海山地风电场50年一遇最大风速，从风机安全性并兼顾风电场发电效益方面考虑，需综合分析地形及台风影响，采用多种推算方法并依据测风塔的区域代表性细化推算成果，以支撑风机合理选型。
3）受台风影响的风电场，测风塔空气密度在台风期间会因气压的下降而减小，因此在计算标准空气密度下50年一遇最大风速时若采用全年空气密度进行订正，计算结果将略偏大。
参考文献：
[ 1] IEC61400 - 1, International Standard Wind Turbinepart1:Design Requirements[ S] .
论文作者:段宜平
论文发表刊物:《电力设备》2016年第22期
论文发表时间:2017/1/18
标签：风速论文; 台风论文; 风电场论文; 风机论文; 密度论文; 空气论文; 山地论文; 《电力设备》2016年第22期论文;