海上风电场受热带气旋影响

海上风电场受热带气旋影响
海上风电场热带气旋影响评估技术规范
范围
本标准规定了海上风电场热带气旋影响评估区域确定、资料收集与处理、热带气旋风险评估和热带气旋发电效益评估的技术方法。
本标准适用于海上风电开发的热带气旋风险评估和发电效益评估。
风险评估区域确定
应根据海上风电场所在地区热带气旋最大风速(或眼壁区)半径的统计特征确定风险评估区域。风险评估区域以工程区域边界线外扩50 km~ 100 km为宜。
注:根据多个热带气旋的概率统计结果,热带气旋眼壁区半径一般在50km~100km之间。
发电效益评估区域确定应以可满足风电机组运行工况条件的历史热带气旋外围风区和影响时间特征为分析依据，以影响风电场热带气旋6级~7级风圈半径区域和影响时间为主要指标进行统计。发电效益评估区域以工程区域边界线外扩130 km~500 km为宜。
注:根据多个热带气旋实测资料的统计结果,满足风电机组运行工况条件的热带气旋外围风区半径一般在130km~500 km之间。
资料收集与处理

总体要求
应全面收集评估区域内气象观测等资料,特别是热带气旋相关资料。当专用气象站未能观测到热带气旋涡旋区域的数据时,应收集其具有代表性的包含热带气旋涡旋的海上观测数据。
参证气象站长期观测资料收集与处理
应收集评估区域内气象站资料,并按照QX/T 438- -2018 中第3章和第4章的规定进行参证气象站选取及参证气象站年最大风速序列一致性订正,包括迁站订正、高度订正、时距订正等,时间序列一般不少于30年。
专用气象站资料收集与处理
应收集工程区域内专用气象站资料,并按照NB/T 31147- -2018中5.2的规定进行数据检验,包括数据代表性评价、数据完整性检验、数据合理性检验等。
热带气旋最佳路径数据集收集与处理
应收集评估区域内至少近30年的热带气旋最佳路径数据集,并将该数据集订正为10 min时距的风速。

热带气旋风险评估
热带气旋统计特征
风险评估区域内热带气旋统计特征应包含:
a)    热带气旋中心经过风险评估区域的各等级热带气旋的年、月平均频数与频率、不同台风路径移动方向的频数与频率统计;
b)热带气旋中心经过风险评估区域的超过WTGS等级风速的热带气旋频数和频率统计:
c) 热带气旋对工程区域影响较大的热带气旋强度、路径等统计分析。
风电机组选型及设计载荷工况参数计算
利用现场专用气象站观测资料,特别是热带气旋观测资料,计算风电机组选型和设计载荷工况参数。对于热带气旋观测资料,应按照GB/T36745--2018中第5章至第7章规定的热带气旋涡旋风的分区指标进行分区,并分别计算热带气旋眼壁区、眼区、外围区的风电机组选型和设计载荷工况参数。
风电机组选型和设计载荷工况参数具体包括:
a)风电机组选型参数包括:50年一遇最大风速、50年一遇极大风速和参考湍流强度。参考湍流强度应同时考虑热带气旋眼壁区湍流强度。
b) 风电机组设计载荷工况参数包括:风向变差角、人流角、湍流强度、风切变指数、阵风系数,以及极端运行阵风、极端风向变化和方向变化的极端相干阵风等极端工况参数。
风电机组选型和设计载荷工况参数计算方法如下:
a) 风向变差角计算方法见定义3.8,人流角(又称风攻角)按照GB/T 36745- -2018中定义2.4计算湍流强度、风切变指数(又称风廓线指数)、阵风系数按照GB/T 36745- -2018中附录A计算。
b) 若现场专用气象站具备三维高频(采样频率为1Hz及以上)观测数据,应按照IEC 61400-1:2019中6.3.3和GB/T 31519- 2015 中5.3的规定,计算极端工况参数,包括极端运行阵风、极端风向变化、方向变化的极端相干阵风等。
工程区域重现期风速及WTGS等级风速超越概率计算
工程区域N年一遇最大风速
参证气象站与专用气象站相关性分析
应按照下列方法进行:
a) 选取专用气象站轮毂高度处与参证气象站至少一年同步观测的日最大10 min平均风速的较大值样本(宜为10 m/s以上)进行线性相关分析,得到比值系数或回归系数,并对其进行相关
显著性检验(检验方法见QX/T 438- -2018 中附录C);
b) 若相关显著性通过0.05信度检验,则参证气象站与专用气象站相关性良好,若未通过0.05信度检验，则相关性较差。
工程区域N年一遇最大风速计算
当风险评估区域内有参证气象站且与专用气象站相关性良好时,利用极值I型概率分布函数计算参证气象站N年一遇最大风速,然后利用比值系数或回归系数,将参证气象站N年一遇最大风速推算到工程区域轮毂高度处,最后按照附录A的A.2计算工程区域标准空气密度下轮毂高度处N年一遇风速。
当 风险评估区域内无参证气象站或参证气象站与专用气象站相关性较差时,宜利用热带气旋最佳路径数据集参照如下步骤计算工程区域N年一遇最大风速:
a) 当工程区域专用气象站位于某时刻某个热带气旋最大风速半径(计算方法参见HAD 101/11-1991附录V\I )范围内时，则认为工程区域专用气象站受到热带气旋影响,且工程区域专用气象站该时刻的风速值等于该热带气旋的最大风速值。
b)    统计工程区域专用气象站年最大风速序列以及热带气旋影响频数,计算工程区域专用气象站N年一遇最大风速:
1)若年最大风速样本可组成连续20年以上的年最大风速序列,利用极值I型概率分布函数计算工程区域专用气象站的N年一.遇最大风速;
2) 若年最大风速样本不能组成连续20年以上的年最大风速序列，利用泊松-耿贝尔
(Poisson- Gumbel)概率分布函数(见附录B的B.1)计算工程区域专用气象站的N年一遇最大风速,按照附录B的B.2和B.3对泊松耿贝尔拟合分布进行检验,并按照附录A计算工程区域标准空气密度下轮毂高度处N年一遇最大风速。

WTGS等级风速超越概率推算
将WTGS等级风速换算为工程区域空气密度下10 m高度的风速，根据极值I型概率分布函数或泊松-耿贝尔( Poisson- Gumbel)概率分布函数,计算工程区域标准空气密度下10 m高度风速对应的频率。
工程区域N年一遇极大风速计算
利用专用气象站至少一年的10 min平均风速降序排列后前2%的数据作为较大值样本,计算其平均阵风系数,利用6.3.1计算的工程区域N年一遇最大风速,与阵风系数相乘得到工程区域N年一遇极大风速。
风电机组选型及安全风险评估
结合6.3推算的工程区域标准空气密度下轮毂高度处50年一遇最大风速、WTGS等级风速超越概率，以及6.2计算的参考湍流强度、热带气旋眼壁区湍流强度,评估风电机组选型风险及安全等级。
判别6.2和6.3计算的风机工况参数是否满足风机性能指标和参数要求,评估风电机组选型风险。
判别 6.2计算的热带气旋湍流强度、极端运行阵风、极端风向变化、方向变化的极端相干阵风等风机工况参数是否满足IEC 61400-1:2019中6.3.3和GB/T 31519- -2015 中5.3规定的各种工况的参数要求,评估热带气旋条件下风电机组安全风险。
热带气旋发电效益评估
热带气旋发电效益评估目标和指标
以满足风电机组发电工况气象参数条件的热带气旋外围风区为目标。
以风电机组等效满负荷运行小时数作为发电效益评估的指标。
热带气旋发电效益评估参数
利用热带气旋发电效益评估区域内至少30年的热带气旋数据,评估平均年景、最好年景和最差年景的热带气旋发电效益。
平均年景:热带气旋外围影响的年平均等效满负荷运行小时数。
最好年景:热带气旋外围影响最多或时段最长的年份的等效满负荷运行小时数。
最差年景:热带气旋外围影响最少或时段最短的年份的等效满负荷运行小时数。