風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中風(fēng)模型的演變過(guò)程

摘 要：風(fēng)參數(shù)是風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)中最重要的外部環(huán)境參數(shù)，其取值直接影響風(fēng)模型的準(zhǔn)確性，進(jìn)而影響風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)成本及其在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中的適應(yīng)性。為了使中國(guó)風(fēng)電行業(yè)從業(yè)者了解風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中風(fēng)模型的演變過(guò)程，在風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、適應(yīng)性評(píng)估等各個(gè)階段選用更為合適的風(fēng)模型及其參數(shù)，重點(diǎn)介紹了正常湍流模型（NTM）、極端湍流模型（ETM）、極端運(yùn)行陣風(fēng)（EOG） 模型、方向變化的極端相干陣風(fēng)（ECD）模型、極端風(fēng)剪切（EWS）模型等風(fēng)模型的修訂背景、修訂方法及其影響。雖然IEC 61400-1系列標(biāo)準(zhǔn)中的風(fēng)模型根據(jù)行業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)在不斷演變，但隨著風(fēng)電機(jī)組大型化發(fā)展趨勢(shì)，風(fēng)模型的真實(shí)代表性仍面臨巨大挑戰(zhàn)，尤其是50年重現(xiàn)期的極端工況下的風(fēng)模型，很難通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，其在不同現(xiàn)場(chǎng)的代表性和合理性值得進(jìn)一步探究。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電機(jī)組；設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；風(fēng)模型；正常湍流模型；極端湍流模型；極端運(yùn)行陣風(fēng)模型；方向變化的極端相干陣風(fēng)模型；極端風(fēng)剪切模型

中圖分類號(hào)：TK83/TM614 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0" 引言

自1994年國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）發(fā)布第1版關(guān)于風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)——IEC 61400-1： 1994《Wind turbine generator systems——Part 1： Safety requirements》[1]，近30年來(lái)共經(jīng)歷了3次標(biāo)準(zhǔn)更新；而中國(guó)的風(fēng)電行業(yè)起步晚，對(duì)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的參與度低，尤其是針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中的風(fēng)模型部分，更是不知標(biāo)準(zhǔn)修訂的背景及原因。為了使中國(guó)風(fēng)電行業(yè)從業(yè)者了解風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中風(fēng)模型的演變過(guò)程，在風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、適應(yīng)性評(píng)估等各個(gè)階段選用更合適的風(fēng)模型及其參數(shù)，本文對(duì)正常湍流模型（normal turbulence model，NTM）、極端湍流模型（extreme turbulence model，ETM）、極端運(yùn)行陣風(fēng)（extreme operating gust，EOG）模型、方向變化的極端相干陣風(fēng)（extreme coherent gust with direction change，ECD）模型、極端風(fēng)剪切（extreme wind shear，EWS）模型等風(fēng)模型的修訂背景、修訂方法及其影響進(jìn)行重點(diǎn)介紹。

1" 風(fēng)模型的修訂背景

由于IEC制定IEC 61400-1： 1994時(shí)認(rèn)知不足，導(dǎo)致制定的風(fēng)模型和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試之間的關(guān)聯(lián)性非常薄弱。因此，IEC下屬機(jī)構(gòu)中專門負(fù)責(zé)風(fēng)電系統(tǒng)相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化工作的技術(shù)委員會(huì)TC88成立了風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)修訂工作組WG7，對(duì)IEC 61400-1： 1994進(jìn)行修訂。工作組成員基于從各國(guó)收集的風(fēng)資源數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)模型研究，而模型的修訂則是基于大量風(fēng)電機(jī)組風(fēng)資源測(cè)試數(shù)據(jù)。工作組主要收集了來(lái)自丹麥、瑞典、英國(guó)、荷蘭、德國(guó)、意大利、美國(guó)和日本8個(gè)國(guó)家的風(fēng)資源數(shù)據(jù)，利用收集的數(shù)據(jù)開(kāi)展風(fēng)模型及其相關(guān)參數(shù)測(cè)試，然后對(duì)IEC 61400-1： 1994中的NTM、EOG模型、極端風(fēng)向變化（extrem direction change，EDC）模型、EWS模型和ECD模型進(jìn)行了修訂[2]。

由于IEC 61400-1： 1994中NTM模型依賴的年平均風(fēng)速或年平均湍流數(shù)值與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)不符，所以IEC 61400-1： 1999《Wind turbine generator systems——Part 1： Safety requirements》根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)NTM模型進(jìn)行了修正。而IEC 61400-1： 1994中極端工況下的風(fēng)模型（下文簡(jiǎn)稱為“極端風(fēng)模型”）制定時(shí)是基于測(cè)風(fēng)塔的單點(diǎn)測(cè)試數(shù)據(jù)，并未考慮整個(gè)葉輪面內(nèi)湍流產(chǎn)生的平均風(fēng)荷載效應(yīng)，因此，IEC 61400-1： 1999制定極端風(fēng)模型時(shí)考慮了整個(gè)葉輪面內(nèi)湍流產(chǎn)生的平均風(fēng)荷載效應(yīng)[3]。IEC 61400-1： 2005《Wind turbines——Part 1： Design requirements》[4]和IEC 61400-1： 2019《Wind energy generation systems—— Part 1： Design requirements》[5]中的風(fēng)模型都是在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后在IEC 61400-1： 1999的基礎(chǔ)上微調(diào)制定。

2" NTM的修訂方法及其影響

NTM主要考慮風(fēng)電機(jī)組正常運(yùn)行工況下的極限及疲勞荷載。WG7工作組通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差σ是關(guān)于風(fēng)速的函數(shù)，其與輪轂中心高度風(fēng)速Vhub呈正相關(guān)，并且其非常依賴地形特征[2]，而非IEC 61400-1： 1994中體現(xiàn)的NTM模型依賴年平均風(fēng)速或年平均湍流。又因?yàn)樾抻咺EC 61400-1： 1994時(shí)設(shè)計(jì)的風(fēng)電機(jī)組驅(qū)動(dòng)風(fēng)速范圍為10～25 m/s，所以IEC 61400-1： 1999中NTM關(guān)注了高風(fēng)速段的湍流，將NTM修訂為：

（1）

式中：σQ84為風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差取84%分位數(shù)時(shí)輪轂中心高度風(fēng)速的縱向風(fēng)速分量的特征標(biāo)準(zhǔn)差；I15為輪轂中心高度風(fēng)速在15 m/s時(shí)的特征湍流（為“平均湍流+1倍標(biāo)準(zhǔn)差”）；a為斜率，代表縱向風(fēng)速分量的特征標(biāo)準(zhǔn)差隨風(fēng)速的變化情況，基于大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)確定。

WG7工作組基于各國(guó)收集到的實(shí)測(cè)湍流數(shù)據(jù)，定義了A和B兩類湍流等級(jí)，分別代表高湍流等級(jí)和中湍流等級(jí)。對(duì)于A類湍流等級(jí)而言，斜率取值為2；對(duì)于B類湍流等級(jí)而言，斜率取值為3。在這兩個(gè)斜率取值下，當(dāng)風(fēng)速小于10 m/s時(shí)，兩類湍流等級(jí)的湍流值均偏保守，但這對(duì)風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)荷載的影響較小；而當(dāng)風(fēng)速大于20 m/s時(shí)，A類湍流等級(jí)下的湍流值偏保守。

為了設(shè)計(jì)風(fēng)電機(jī)組時(shí)留有一定余量，IEC 61400-1： 2005中規(guī)定NTM的風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，于是各風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差取90%分位數(shù)，則輪轂中心高度風(fēng)速的縱向風(fēng)速分量的特征標(biāo)準(zhǔn)差σQ90可表示為：

（2）

式中：Iref為輪轂中心高度風(fēng)速在15 m/s時(shí)的平均湍流；b為模型擬合參數(shù)，取5.6 m/s。

風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，其均值E和方差Var可分別表示為：

（3）

式中：c為模型擬合參數(shù)，取3.8 m/s。

（4）

IEC 61400-1： 2019中的NTM是由日本提出修訂需求后修訂得到的。因在日本現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)得到的90%分位數(shù)的風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差下輪轂中心高度風(fēng)速的縱向風(fēng)速分量的特征標(biāo)準(zhǔn)差中占比為37%～49%的數(shù)值超出了設(shè)計(jì)風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差推薦值，導(dǎo)致風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差的標(biāo)準(zhǔn)差σσ遠(yuǎn)高于Iref（1.4 m/s）；再加上威布爾分布更具代表性，因此，最終確定采用威布爾分布考慮湍流分布。但若要保證IEC 61400-1： 2019中輪轂中心高度風(fēng)速在15 m/s時(shí)70%分位數(shù)湍流值與IEC 61400-1： 2005中輪轂中心高度風(fēng)速在15 m/s時(shí)的平均湍流值一致，風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差的均值μσ需降低，風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差的標(biāo)準(zhǔn)差需增加。風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差的威布爾分布函數(shù)PW（σ1）與位置參數(shù)C和形狀參數(shù)k之間的關(guān)系可表示為：

（5）

式中：σ1為輪轂中心高度風(fēng)速的縱向風(fēng)速分量的特征標(biāo)準(zhǔn)差，需要說(shuō)明的是，不同版標(biāo)準(zhǔn)中其取值可能會(huì)不同。

其中：

k=0.27Vhub+1.4" " " " " " " " " " " " " nbsp; " " " " " " " " " "（6）

（7）

選取某現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)湍流數(shù)據(jù)，基于IEC 61400-1： 1999、IEC 61400-1： 2005、IEC 61400-1： 2019 （即第2～4版標(biāo)準(zhǔn)）中的NTM得到不同風(fēng)速下的風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差，如圖1所示。

由圖1可知：第4版標(biāo)準(zhǔn)（IEC 61400-1： 2019） 中的NTM對(duì)風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差分散性的考慮比重高，最為嚴(yán)苛，評(píng)估結(jié)果更為保守。

3" ETM的修訂方法及其影響

ETM主要考慮遭遇極端湍流時(shí)風(fēng)電機(jī)組所能承受的極限荷載。在IEC 61400-1： 1994和IEC 61400-1： 1999中未涉及ETM，IEC 61400-1： 2005及IEC 61400-1： 2019中ETM（對(duì)應(yīng)50年重現(xiàn)期）是根據(jù)逆一階可靠性方法（IFORM）確定[5]，流程如圖2所示。圖中：Fv（V）為風(fēng)速累積分布函數(shù)；U1為風(fēng)速轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布對(duì)應(yīng)的變量；Φ為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布；Pf為50年重現(xiàn)期概率；U2為風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布對(duì)應(yīng)的變量；σETM為極端風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差；β為陣風(fēng)幅值與風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差的比值；Fσ|V為條件概率分布，即在一定風(fēng)速下風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差的分布。

50年重現(xiàn)期風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算結(jié)果如圖3中藍(lán)色曲線所示；通過(guò)線性擬合50年重現(xiàn)期極端風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差，得到IEC 61400-1： 2005中的ETM，如式（8）所示。

（8）

式中：Vave為年平均風(fēng)速；c1為模型擬合參數(shù)，一般情況取2 m/s，若此值下外推得到的荷載無(wú)法通過(guò)驗(yàn)證，則需要進(jìn)行微調(diào)，以確保外推得到的荷載能通過(guò)驗(yàn)證。

從式（8）可看出：ETM主要與年平均風(fēng)速、參考湍流Iref、輪轂高度風(fēng)速及c1值有關(guān)。因ETM為50年重現(xiàn)期極端湍流模型，只能從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度得到，很難通過(guò)實(shí)測(cè)值驗(yàn)證其有效性。

IEC 61400-1： 2019中的ETM和IEC 61400-1： 2005中的ETM相同。

4" EOG模型的修訂方法及其影響

EOG模型主要考慮遭遇極端陣風(fēng)時(shí)風(fēng)電機(jī)組所能承受的極限荷載。IEC 61400-1： 1994中，根據(jù)NTM計(jì)算得到的風(fēng)電機(jī)組所能承受的極限荷載比根據(jù)EOG模型計(jì)算得到的值大[2]，這與工況設(shè)計(jì)需求不符。因此，需要基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)重新確定EOG模型。用于分析EOG模型的數(shù)據(jù)主要來(lái)自德國(guó)低地和美國(guó)加利福尼亞的復(fù)雜地形現(xiàn)場(chǎng)。WG7工作組通過(guò)研究得出以下結(jié)論：

1） 風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差和陣風(fēng)幅值存在線性關(guān)系，并且陣風(fēng)幅值與風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差的比值不依賴于湍流強(qiáng)度和風(fēng)速，在B類湍流和A類湍流現(xiàn)場(chǎng)，該比值基本都等于4.8。

2）實(shí)測(cè)陣風(fēng)幅值比IEC 61400-1： 1994中的高，如果風(fēng)速服從高斯分布，1年重現(xiàn)期內(nèi)陣風(fēng)幅值與風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差比值為4.8的陣風(fēng)出現(xiàn)的概率為0.995，因50年重現(xiàn)期陣風(fēng)幅值無(wú)法通過(guò)實(shí)測(cè)獲得，只能和1年一遇陣風(fēng)幅值在對(duì)應(yīng)重現(xiàn)期出現(xiàn)概率保持一致，即50年重現(xiàn)期內(nèi)陣風(fēng)出現(xiàn)概率為0.995，由此計(jì)算得到50年重現(xiàn)期陣風(fēng)幅值與風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差的比值為6.4。

3）在主陣風(fēng)前有負(fù)向陣風(fēng)，測(cè)試顯示幾乎所有極端陣風(fēng)前都有負(fù)向陣風(fēng)，負(fù)向陣風(fēng)的平均幅值約是主陣風(fēng)的25%，這是IEC 61400-1： 1999的極端風(fēng)模型中正余弦函數(shù)的來(lái)源。

4）根據(jù)實(shí)測(cè)值得到的陣風(fēng)斜率比IEC 61400-1：1994中的高。研究人員以德國(guó)的Growian現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)風(fēng)速數(shù)據(jù)為例，分析了不同陣風(fēng)時(shí)間間隔下的最大風(fēng)速偏差，并得到對(duì)應(yīng)的陣風(fēng)斜率，如圖4所示。

由圖4可知：對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)化后的陣風(fēng)幅值，所有時(shí)間序列下的陣風(fēng)斜率幾乎相同，為3.3 s-1；而輪轂中心高度風(fēng)速縱向風(fēng)速分量的特征標(biāo)準(zhǔn)差，標(biāo)準(zhǔn)化后的陣風(fēng)斜率近似2.75 s-1。由于所有測(cè)試數(shù)據(jù)都是基于1個(gè)測(cè)試點(diǎn)得到的，而在模型中卻被當(dāng)成是影響整個(gè)葉輪面后得到的，因此導(dǎo)致模型有些保守。

根據(jù)以上研究，IEC 61400-1： 1999的EOG模型中包含了sin和（1–cos）函數(shù)，用來(lái)考慮陣風(fēng)幅值為25%的負(fù)向陣風(fēng)，EOG模型中陣風(fēng)幅值Vga的定義如式（9）所示。

（9）

式中：Λ1為湍流尺度參數(shù)；D為葉輪直徑；β取4.8時(shí)對(duì)應(yīng)1年重現(xiàn)期，β取6.4時(shí)對(duì)應(yīng)50年重現(xiàn)期。

時(shí)刻t、高度z下的風(fēng)速時(shí)序V（z， t）如式（10）所示。

（10）

式中：V（z）為高度z的風(fēng)速；T為陣風(fēng)持續(xù)時(shí)間，T取10.5 s時(shí)對(duì)應(yīng)的EOG模型為1年重現(xiàn)期；T取14.0 s時(shí)對(duì)應(yīng)的EOG模型為50年重現(xiàn)期；參數(shù)0.37是為了調(diào)整整體的陣風(fēng)幅值。

IEC 61400-1： 2005中的陣風(fēng)幅值與風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差的比值由IEC 61400-1： 1999中的4.8調(diào)整為3.3[6]，調(diào)整的背景是假定50年內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組啟停機(jī)次數(shù)，進(jìn)而對(duì)陣風(fēng)幅值進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定的風(fēng)速及假定的風(fēng)電機(jī)組年啟停機(jī)次數(shù)如表1所示。

綜上可知，IEC 61400-1： 2005中陣風(fēng)幅值與風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差的比值調(diào)整為3.3后，在25 m/s以下風(fēng)速時(shí)仍有余量。

IEC 61400-1： 2019中的EOG模型與IEC 61400-1： 2005中的一致，未進(jìn)行調(diào)整。

5" ECD模型的修訂方法及其影響

ECD模型的目的是考慮強(qiáng)風(fēng)暴引起的極端風(fēng)速和風(fēng)向變化，其并不是基于邊界層湍流機(jī)理，而是基于相對(duì)風(fēng)電機(jī)組而言更大尺度的氣象事件，因此，該模型未考慮風(fēng)電機(jī)組自身尺度效應(yīng)的修正。

IEC 61400-1： 1994中規(guī)定5和50 m/s風(fēng)速時(shí)風(fēng)向變化范圍分別為±180°和±15°，5～50 m/s之間的風(fēng)速段因缺少數(shù)據(jù)采用線性插值法。WG7工作組確認(rèn)了ECD模型中5 和50 m/s風(fēng)速下的風(fēng)向變化與實(shí)際情況相符，但是插值部分會(huì)導(dǎo)致風(fēng)向變化不符合實(shí)際情況[2]。IEC 61400-1： 1999規(guī)定利用式（11）計(jì)算ECD模型輪轂中心高度處的風(fēng)向變化幅值θcg（Vhub），利用式（12）計(jì)算不同時(shí)刻下的風(fēng)向θ（t），利用式（13）計(jì)算風(fēng)速時(shí)序V（z， t）。

（11）

式中：Vref為10 min平均參考風(fēng)速。

（12）

式中：T的取值為10 s。

（13）

式中：Vcg為風(fēng)速變化幅值，取15 m/s；T的取值為10 s。

從后續(xù)研究資料[7]看，ECD模型在制定風(fēng)速變化幅值、與風(fēng)速變化同步發(fā)生的風(fēng)向變化幅值、陣風(fēng)時(shí)間時(shí)發(fā)現(xiàn)，三者在實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中無(wú)法同時(shí)滿足，這會(huì)導(dǎo)致仿真得到的瞬時(shí)極值荷載的代表性及合理性存在爭(zhēng)議。IEC 61400-1： 2005與IEC 61400-1： 2019的ECD模型未做修改，沿用IEC 61400-1： 1999中的ECD模型。

6" EWS模型的修訂方法及其影響

EWS模型中的極端風(fēng)剪切幅值與EOG模型中的陣風(fēng)幅值類似，也是基于極端事件驅(qū)動(dòng)的假設(shè)。EWS模型是基于湍流或陣風(fēng)在葉輪面內(nèi)非對(duì)稱分布得到的，但這種分布會(huì)得到極端不平衡的設(shè)計(jì)荷載。建立模型時(shí)既要確保考慮的極端風(fēng)剪切具有代表性，又能令使用者使用時(shí)簡(jiǎn)單易操作。基于此，IEC 61400-1： 1999中的EWS模型除包含長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)的平均豎直風(fēng)剪切、線性分布的瞬時(shí)風(fēng)剪切之外，還包含了3個(gè)主要部分，即：風(fēng)剪切的形狀、瞬時(shí)風(fēng)剪切的周期和葉輪底部、頂部的最大風(fēng)剪切幅值[2]。

1）風(fēng)剪切的形狀：其是基于收集到的1年實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的最大幅值，并與風(fēng)剪切模型中的形狀進(jìn)行對(duì)比。1年實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中最極端的是美國(guó)加利福尼亞棕櫚泉現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)。EWS模型與加利福尼亞棕櫚泉現(xiàn)場(chǎng)選取的極端事件對(duì)比如圖5所示。圖中：V（0，40，t）表示葉輪面上y（水平方向）值為0 m，z（豎直方向）值為40 m（對(duì)應(yīng)葉片的上葉尖位置）時(shí)t時(shí)刻的風(fēng)速；依此類推。EWS（V40）為40 m高度處的極端風(fēng)速；依此類推。雖然EWS模型未考慮到觀測(cè)剪切陣風(fēng)變化過(guò)程的復(fù)雜性，但TC88技術(shù)委員會(huì)認(rèn)為該模型是在模型簡(jiǎn)化與在剪切風(fēng)場(chǎng)中葉片移動(dòng)引起的動(dòng)態(tài)荷載之間最好的折中方案。

2）瞬時(shí)風(fēng)剪切的周期：其規(guī)定了風(fēng)電機(jī)組因風(fēng)剪切必須要承受的周期荷載。陣風(fēng)周期通常比葉片掃過(guò)的周期長(zhǎng)，因此不會(huì)影響荷載響應(yīng)的幅值，但目前大葉輪、低轉(zhuǎn)速的風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)指標(biāo)與20世紀(jì)90年代的小型風(fēng)電機(jī)組的差異較大，12 s瞬時(shí)風(fēng)剪切的周期適應(yīng)的風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)邊界需要確認(rèn)，需在今后的工作中進(jìn)行深入研究。

3）葉輪底部、頂部的最大風(fēng)剪切幅值：幅值是模型最為重要的部分，將EWS模型與加利福尼亞棕櫚泉現(xiàn)場(chǎng)1年中10 min最大風(fēng)剪切值進(jìn)行對(duì)比，如圖6所示。圖6給出了每個(gè)風(fēng)速倉(cāng)的最大風(fēng)剪切值、平均值+1倍標(biāo)準(zhǔn)差、每個(gè)風(fēng)速倉(cāng)里最大風(fēng)剪切值的平均值。通過(guò)1年測(cè)試周期中每個(gè)風(fēng)速倉(cāng)的最大風(fēng)剪切值調(diào)整模型，發(fā)現(xiàn)模型中的陣風(fēng)幅值與風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差的比值為4.8，對(duì)應(yīng)1年重現(xiàn)期。

IEC 61400-1： 2005與IEC 61400-1： 2019中EWS模型的定義一樣，如式（14）、式（15）所示[2-3]，均是在IEC 61400-1： 1999中EWS模型的基礎(chǔ)上增加了豎直方向負(fù)剪切、水平方向反向剪切。

（14）

（15）

式中：α為風(fēng)剪切指數(shù)，取0.2；zhub為風(fēng)電機(jī)組輪轂高度；y為平行于葉輪面y軸的坐標(biāo)；β的取值為6.4；T的取值為12 s。

7" 結(jié)論

本文重點(diǎn)介紹了IEC 61400-1系列標(biāo)準(zhǔn)中NTM、ETM、EOG模型、ECD模型、EWS模型等風(fēng)模型的修訂背景、修訂方法及其影響。雖然IEC 61400-1系列標(biāo)準(zhǔn)中的風(fēng)模型根據(jù)行業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)在不斷演變，但隨著風(fēng)電機(jī)組大型化發(fā)展趨勢(shì)，風(fēng)模型的真實(shí)代表性仍面臨巨大挑戰(zhàn)，尤其是50年重現(xiàn)期的極端工況下的風(fēng)模型，很難通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，其在不同現(xiàn)場(chǎng)的代表性和合理性值得進(jìn)一步探究。希望通過(guò)此次解讀標(biāo)準(zhǔn)制定與修訂的背景，給中國(guó)的風(fēng)電行業(yè)從業(yè)者以參考。

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INTRODUCTION TO EVOLUTION PROCESS OF WIND MODEL IN WIND TURBINE DESIGN STANDARD

Li Cuiping，Lyu Pin，Zhang Zhihong

（Beijing Goldwind Science amp; Creation Wind Power Equipment Co.，Ltd，Beijing 100176，China）

Abstract：Wind parameters are the most important external environmental parameters in the design of wind turbines，and their values directly affects the accuracy of the wind model，which in turn affects the design cost of wind turbines and their adaptability in the on-site environment. In order to enable practitioners in the Chinese wind power industry to understand the evolution process of wind models in wind turbine design standards，and to select more suitable wind models and their parameters in various stages such as wind turbine design and development，adaptability evaluation，etc.，this paper focuses on the revision background，revision methods，and impacts of wind models such as NTM，ETM，EOG model，ECD model，and EWS model. Although the wind models in the IEC 61400-1 series standards are constantly evolving based on industry application experience，with the trend of large-scale wind turbine development，the true representativeness of wind models still faces huge challenges，especially for wind models under extreme operating conditions with a 50 year return period，which are difficult to verify through measured data，and its representativeness and rationality in different sites are worth further exploration.

Keywords：wind turbine；design standard；wind model；NTM；ETM；EOG model；ECD model；EWS model