基于功率密度譜的臺風仿真方法研究

徐洪雷 ，蔡繼峰

（北京鑒衡認證中心，北京 100013）

0 引言

近年來，中國風電行業發展迅速，帶動了經濟的快速增長。但由于東部沿海經常受到臺風的侵襲，按現行標準設計的風電機組不能很好地抵御臺風，造成了巨大的經濟損失，并給安全生產工作帶來困擾。臺風是熱帶氣旋的類別之一，其特殊性主要反映在三個方面：首先，臺風風速大，只有當持續風速達到12級（32.7m/s以上），才稱之為臺風或者颶風；其次，臺風的湍流強度、風剪切、陣風系數、入流角以及風向在短時間內的大幅轉變都與現行標準中設置的參數不同；最后是臺風的脈動特性，通過對大量臺風數據的分析與研究，發現臺風的功率密度譜特性不同于現有的Kaimal、Mann等模型。

基于以上原因設計抗臺風型風電機組，需要生成具有臺風特性的參數化風況模型進行仿真計算。為此，本文提出了一種能夠生成符合以上要求的臺風三維湍流風場方法。

1 臺風仿真方法

湍流風可分解為平均風速和脈動風速兩部分，公式如下：

下面分別從這兩方面的仿真進行探討。

1.1 平均風速

臺風的理論模型為對稱圓形，最大風速半徑為R，在海平面10米高度處的最大風速為[1]：

處于兩個緯度之間的區域K值可以通過線性插值的方法得到。

不同半徑處的風速按照公式（6）進行計算：

式中的系數β是根據文獻[2]中測量的臺風不同位置處的風速數據進行擬合得到，擬合的曲線如圖1、圖2中所示。

根據擬合的公式可以生成任意半徑處的平均風速。……