GB∕T 18451.2-2021 风力发电机组 功率特性测试.pdf

ICS 27.180F 11中华人民共和国国家标准GB/T 18451.22021/IEC 61400-12-1 ：2017代替 GB/T 18451.22012风力发电机组 功率特性测试Wind t ur bine s-Pow e r pe r f or ma nce me a sur e me nt s of e l e ct r icit y pr oducing( I EC 61 4 0 0 -1 2-1 ： 20 1 7, Wind energy generationsystemsPart 1 2-1 ： Power performance measurements of electricity producing wind turbines, I D T )2021-08-20 发布2022-03-01 实施II家市场监督管理总局 国家标准化管理委员会GB/T 18451.22021/IEC 61400-12-1 ：2017目 次前言.n引言. vi范围. i2规范性引用文件.13 术语和定义. 24符号和单位. 45功率特性方法概述 .86 功率特性测试的前期准备. 106.1 概述. 106.2 风电发电机组与电气连接. 106.3 测试场地.107测试设备. 127.1 电功率.127.2 风速.137.3 风向.167.4 空气密度.177.5 风轮转速和桨距角. . 177.6 叶片状况. 177.7 风力发电机组控制系统. 177.8 数据采集系统.178测量程序.178.1 概述. 178.2 风力发电机组运行.188.3 数据采集.188.4 数据筛选.188.5 数据库. 189导出结果. 199.1 数据规格化.199.2 测试功率曲线的确定. 239.3 年发电量（AEP）. 239.4 功率系数.2410 报告格式 .25附录A （规范性附录）测试场地风力发电机组和障碍物影响评估.32附录B （规范性附录）测试场地地形评估 .36附录C （规范性附录）场地标定程序 .38IGB/T 18451.22021/IEC 61400-12-1 ：2017附录D （规范性附录）测量不确定度评定.62附录E （资料性附录）区间法确定测量不确定度的理论基础.65附录F （规范性附录）风速计风洞校准规程.111附录G （规范性附录）测风塔设备安装.119附录H （规范性附录）小型风力发电机组的功率特性测试. 127附录I （规范性附录）杯式风速计和声波风速计分级.132附录J （规范性附录）杯式风速计和声波风速计评估.135附录K （规范性附录）风速计现场比对.146附录L （规范性附录）遥感技术的应用.149附录M （资料性附录）基于湍流强度的功率曲线数据规格化.171附录N （资料性附录）风向传感器的风洞校准程序.179附录0（资料性附录）寒冷气候下的功率特性测试.187附录P （资料性附录）风切变规格化程序.189附录Q （资料性附录）考虑风转向的风轮等效风速定义.190附录R （资料性附录）多风力发电机组测试不确定度的考虑.192附录S （资料性附录）桁架测风塔的桅杆气流畸变校正 . 196参考文献.198口GB/T 18451.22021/IEC 61400-12-1 ：2017前言GB/T 18451风力发电机组分为两个部分： 第1部分:设计要求； 第2部分:功率特性测试。本部分为GB/T 18451的第2部分。本部分按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。本部分代替GB/T 18451.22012风力发电机组功率特性测试，与GB/T 18451.22012相比主要技术变化如下： 增加了对于使用遥感设备测风的规定（见第5章、7.2、附录L）； 增加了对风切变测量的规定（见第5章、7.2.8、附录P）； 增加了对临时障碍物评估的规定（见附录A）； 增加了对场地评估方法的描述（见附录B）； 增加了对风轮等效风速的定义（见3.23、7.2.6、9.1.3、附录Q）； 增加了场地标定计算中对地形分类的规定（见附录C）； 增加了寒冷气候下功率曲线测试的说明（见附录O）; 增加了对风切变规格化和湍流强度规格化功率曲线的规定（见附录M、附录P）；一修改了附录F“风杯式风速计的校准程序”，改变为“风速计风洞校准规程”，增加了声波风速计 校准的相关内容（见附录F,2012年版的附录F）；修改了附录1“风速计分级”，改变为“杯式风速计和声波风速计分级”，增加了声波风速计分级 的相关内容（见附录1,2012年版的附录I）；一修改了附录J“风杯式风速计评估”，改变为“杯式风速计和声波风速计评估”，增加了声波风速 计评估的相关内容（见附录J,2012年版的附录J）；增加了附录L“遥感技术的应用”（见附录L）；增加了 7个资料性附录，包括附录M“基于湍流强度的功率曲线数据规格化”、附录N“风向传 感器的风洞校准程序”、附录0寒冷气候下的功率特性测试”、附录P“风切变规格化程序”、附 录Q考虑风转向的风轮等效风速定义”、附录R“多风力发电机组测试不确定度的考虑”、附录 S桁架测风塔的桅杆气流畸变校正”（见附录M、附录N、附录0、附录P、附录Q、附录R、附 录S） o本部分使用翻译法等同采用IEC 61400-12-L2017风力发电机组 第12-1部分：风力发电机组 功率特性测试。与本部分中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下：GB/T 20840.12010-GB/T 20840.22014MOD)-GB/T 20840.320132011,MOD)互感器互感器互感器第1部分：通用技术要求（IEC 61869-1 : 2007,MOD）第2部分：电流互感器的补充技术要求（IEC 61869-2 : 2012,第3部分：电磁式电压互感器的补充技术要求（IEC 61869-3；GB/T 270252019 检测和校准实验室能力的通用要求（ISO/IEC 17025 ：2017,IDT） 为了便于使用，本部分做了下列编辑性修改：修改了标准名称；inGB/T 18451.22021/IEC 61400-12-1 ：2017原文中“w in d t ur bin e”和“t ur bin e”统一译为“风力发电机组”；将“ISO/IEC 指南 98：2008”改为“150/比（2指南 98-3：2008”。本部分由中国机械工业联合会提出。本部分由全国风力机械标准化技术委员会（SAC/TC 50）归口。本部分起草单位：中国电力科学研究院有限公司、东方电气风电有限公司、中国船舶重工集团海装 风电股份有限公司、西门子歌美飒可再生能源科技（中国）有限公司、浙江运达风电股份有限公司、上海 电气风电集团股份有限公司、中国质量认证中心、山东中车风电有限公司、北京金风科创风电设备有限 公司、明阳智慧能源集团股份公司、维斯塔斯技术研发（北京）有限公司、华润电力技术研究院有限公司、 国电联合动力技术有限公司、中车株洲电力机车研究所有限公司风电事业部、广东省风力发电有限公 司、中电投电力工程有限公司、华锐风电科技（集团）股份有限公司、云南省能源研究院有限公司。本部分主要起草人:秦世耀、薛扬、郑大周、马晓晶、刘静、付德义、袁凌、王瑞明、刘东海、余清清、 朱志权、赵磊、李跃、傅新鸿、黄树根、许国东、张黎明、杨天时、王潇、贾海坤、李钢强、赵韵、余维、王安庆、 邓屹、朱琳、李慧新、石宇峰、李力森、龚利策、聂峰、赵娜、刘云涛、卢仁宝、张淇宣、陈文武。本部分所代替标准的历次版本发布情况为：GB/T 18451.22012oNGB/T 18451.22021/IEC 61400-12-1 ：2017引 言本部分的目的是提供一种统一的方法，以保证风力发电机组功率特性测试和分析的一致性、准确性 和可重复性。本部分将适用于：一风力发电机组制造商，努力使产品满足定义明确的功率特性要求和/或可能的声明系统；风力发电机组购买者，能明确功率特性要求；一风力发电机组运营商,可以证实新的或维修好的风力发电机组满足所陈述的或所要求的功率 特性的技术条件；一风力发电机组规划者和监管者，能够准确公正地评价风力发电机组的功率特性，使新的或更改 后的装置符合其规范或许可准则。本部分在风力发电机组功率特性测试的测量、分析和报告编写方面提供指导。它将使从事风力发 电机组制造、安装、计划、运营和管理的机构受益。本部分推荐的测试和分析技术适用于上述各方，以保 证风力发电机组的开发和运营在风力发电机组功率特性上的一致性以及技术交流的准确性。希望本部 分给出的测量和报告编写程序能得到可以被他人重复的准确结果。同时，标准使用者需认识到由风剪 切和湍流的较大变化所引起的差别。在功率特性测试合同签署前，标准使用者需考虑这些差别和与测 试目的相关的数据选择判据的影响。功率特性测试的关键因素之一是风速测量。本部分规定使用杯式风速计、声波风速计或遥感设备 结合风速计的方式来测量风速。即使采用恰当的程序进行了校准、验证和分级，这些设备固有的原理仍 会导致它们的测量结果存在潜在差异。这些设备具有鲁棒性并且被认为适用于功率特性测试,部分设 备限制在特定的地形类别才能使用。需要认识到，随着风力发电机组的增大，在单一高度进行风速测量越来越不能精确表现整个风轮范 围内的风速情况,本部分介绍了一种对于风速的附加定义。相较此前风速定义为只在轮毂高度进行测 量，新的补充定义称为风轮等效风速(REWS),是对数个不同高度上同时测量风速的算数组合，从下部 叶尖到上部叶尖,覆盖整个风轮范围。使用轮毂高度风速和风轮等效风速定义的功率曲线并不相同，因 此轮毂高度风速对应的功率曲线作为对照，和风轮等效风速对应的功率曲线一起在结果中体现。作为 上述不同风速定义得到的结果，年发电量(AEP)同样来源于组合测量功率曲线，其中风速分布的定义 和功率曲线完全相同。附录I和附录J给出了对杯式风速计和超声波风速计进行分级的程序。附录L给出了对遥感设备 进行分级的程序。在风速测量中需特别注意测风设备的选择，因为不同选择可能会给测试结果带来 影响。VGB/T 18451.22021/IEC 61400-12-1 ：2017风力发电机组 功率特性测试1范围GB/T 18451的本部分规定了单台风力发电机组功率特性的测试方法，适用于所有类型和大小的 并网型风力发电机组。此外，本部分描述了并网及与蓄电池组相连的小型风力发电机组QEC 61400-2 中定义的风力发电机组)的功率特性测试方法。测试方法可以用来评估特定地理位置的特定风力发电 机组的性能。同样，当考虑特定场地条件和数据筛选的影响时，本方法可以用来对不同类型或不同设置 的风力发电机组进行通用对比。风力发电机组功率特性由测量功率曲线和年发电量(AEP)决定。测量功率曲线定义为风速和风 力发电机组输出功率之间的关系，由一定时间段内同步采集的气象参数(包括风速)和风力发电机组信 号(包括输出功率)确定，该时间段要足够长，使得在一定的风速范围和大气条件变化的情况下，能够建 立统计意义上的数据库。AEP是利用测量功率曲线和参考风速的频率分布计算而得，且假定风力发电 机组的可利用率为100%。本部分规定的测量方法要求对测量功率曲线和年发电量的不确定度来源及其合成影响进行评估。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T 270432012 合格评定 能力验证的通用要求(ISO/IEC 17043：2010,IDT)GB/T 332252016风力发电机组 基于机舱风速计法的功率特性测试(IEC 61400-12-2：2013, IDT)ISO 2533 ： 1975 标准大气(St a n d a r d a t mo sph er e)ISO 3966,2008封闭管道中液体流量的测量 用皮托静压管的速度面积法(Mea sur emen t o f f l uid f l o w in c l o sed c o n d uit s-Vel o c it y a r ea met h o d usin g Pit o t st a t ic t ubes)ISO/IEC指南98-3：2008测量的不确定度 第3部分:测量中不确定度的表示指南Un c er t a in t y o f mea sur emen t-Pa r t 3 ：Guid e t o t h e ex pr essio n o f un c er t a in t y in mea sur emen t (GUM： 1995)0ISO/IEC 17025：2005 检测和校准实验室能力的通用要求(Gen er a l r eq uir emen t s f o r t h e c o mpet en c e o f t est in g a n d c a l ibr a t io n l a bo r a t o r ies)IEC 60688:2012将交流和直流电量转换成模拟信号或数字信号用的电测量变送器(El ec t r ic a l mea sur in g t r a n sd uc er s f o r c o n v er t in g A.C. a n d D.C. el ec t r ic a l q ua n t it ies t o a n a l o g ue o r d ig it a l sig n a l s)IEC 61869-1 ：2007 互感器 第 1 部分:通用技术要求(In st r umen t t r a n sf o r mer s一Pa r t 1 ：Gen er a l r eq uir emen t s)IEC 61869-2：2012 互感器 第2部分：电流互感器的补充技术要求(In st r umen t t r a n sf o r mer s一 Pa r t 2 ： Ad d it io n a l r eq uir emen t s f o r c ur r en t t r a n sf o r mer s)IEC 61869-3：2011互感器 第3部分：电磁式电压互感器的补充技术要求(In st r umen t t r a n sf o r mer sPa r t 3 ： Ad d it io n a l r eq uir emen t s f o r in d uc t iv e v o l t a g e t r a n sf o r mer s)1GB/T 18451.22021/IEC 61400-12-1 ：20173术语和定义下列术语和定义适用于本文件。以下地址为ISO和IEC标准化术语维护资料库： IEC 世界电工词汇在线：h t t p ： /w w w .el ec t r o ped ia .o r g / ISO 在线浏览平台：h t t p：/w w w .iso .o r g /o bp3.1准确度 a ccur a cy被测量（物）的测量值与真实值的接近程度。3.2年发电量 a nnua l e ne r gy pr oduct ionAEP利用测量功率曲线和轮毂高度不同风速频率分布估算得到的一台风力发电机组一年时间内生产的 全部电能，计算中假设可利用率为100%。3.3大气稳定度 a t mosphe r ic st a bil it y对风是否促进或抑制垂直混合趋势的度量。注：稳定大气的特点是相对于不稳定大气，随海拔变化的温度梯度高，风切变高，可能存在风转向和较低的湍流强 度。中性和不稳定大气通常导致较低的温度梯度和风切变。3.4复杂地形 compl e x t e r r a in试验场地周围有可能引起气流畸变的地形显著变化的地带或障碍物（3.18）。3.5切入风速 cut -in w ind spe e d风力发电机组开始发电的最低风速。3.6 。切出风速 cut -out w ind spe e d风力发电机组由于风速过大从电网切出的风速。3.7数据组da t a se t在连续时段内采集的数据集。3.8距离常数 dist a nce const a nt风速计的时间响应指标。定义为风速计显示值达到输入风速实际值的63%时，通过风速计的气流 行程长度。3.9外推功率曲线 e x t r a pol a t e d pow e r cur v e用估计方法对测量功率曲线从测量的最大风速到切出风速的延伸。3.10气流畸变 f l ow dist or t ion由障碍物、地形变化或其他风力发电机组引起的气流改变，其结果是造成测量位置和风力发电机组 位置上的风速差异。2GB/T 18451.22021/IEC 61400-12-1 ：20173.11轮毂高度（风力发电机组）hub he ight从地面到风力发电机组风轮扫掠面中心的高度。注：垂直轴风力发电机组的轮毂高度定义为转子扫掠面质心到地面的高度。3.12测量功率曲线 me a sur e d pow e r cur v e按确定的程序测试、校正和规格化处理后，用图形和表格表示的风力发电机组净功率输出与风速的 函数关系。3.13测量周期 me a sur e me nt pe r iod功率特性测试中收集具有统计意义的重要数据的时间段。3.14测量扇区 me a sur e me nt se ct or获取功率曲线所需数据的风向扇区。3.15区间法 me t hod of bins将测试数据按照间隔区间分组的数据处理方法。注：对于各区间数据，记录数据量、数据样本,对各区间参数求和并计算平均值。3.16净有功功率 ne t a ct iv e e l e ct r ic pow e r风力发电机组输送给电网的电功率值。3.17正常维护 nor ma l ma int e na nce任何独立于功率特性测试的，在正常维护计划内的改变，如更换机油，清洗叶片，任何超出常规维护 程序（如修理损坏部件）但不改变风力发电机组配置的事件。3.18障碍物 obst a cl e s阻挡风流动，产生气流畸变的固定物体，如建筑物和树。3.19桨距角 pit ch a ngl e在指定的叶片径向位置（通常为100%叶片半径处），叶片弦线与风轮旋转平面间的夹角。3.20功率系数 pow e r coe f f icie nt风力发电机组净功率与风轮扫掠面上从自由流得到的可用功率之比。3.21功率特性 pow e r pe r f or ma nce风力发电机组发电能力的度量。3.22额定功率 r a t e d pow e r部件、仪器和装置在特定运行条件下，通常由制造商制定的功率量值。3.23风轮等效风速 r ot or e q uiv a l e nt w ind spe e d考虑风速随高度变化，与风轮扫掠面的动能通量相应的风速，见式（5）。3GB/T 18451.22021/IEC 61400-12-1 ：20173.24专项维护 spe cia l ma int e na nce任何在正常维护程序范围之外的，不改变风力发电机组配置的事件，例如，在测试期间改进功率特 性，计划外的叶片清洗，主要部件的更换。3.25标准不确定度 st a nda r d unce r t a int y用标准偏差表示的测量结果不确定度。3.26扫掠面积 sw e pt a r e a对于水平轴风力发电机组，是指旋转风轮在垂直于旋转轴平面上的投影面积。注：对于翘翘板式风轮，指的是风轮在垂直于低速轴的平面上的投影面积。对于垂直轴风力发电机组，指的是旋转 风轮在垂直平面的投影面积。3.27测试场地 t e st sit e被测风力发电机组所在地点及环境。3.28测量不确定度 unce r t a int y in me a sur e me nt关系到测试结果的，表征由测量造成可得量值合理离散的参数。3.29测风设备 w ind me a sur e me nt e q uipme nt测风塔或遥感设备。3.30风切变 w ind she a r风力发电机组风轮高度范围内的风速变化。3.31风切变指数 w ind she a r e x pone nta风速随高度变化的幕指数。注：此参数作为附录C场地标定时风切变大小的量度，也可能有其他用途。塞方程为：式中：-轮毂高度风速；H轮毂高度（m）；%-高度Zi处的风速；a风切变指数。3.32风转向 w ind v e e r风力发电机组风轮高度范围内的风向变化。4符号和单位A 风轮扫掠面积 m2A, 第，段风轮的面积 m24GB/T 18451.22021/IEC 61400-12-1 ：2017Aw威布尔分布尺度参数m/sAEP年发电量WhB大气压PaB 10 min测量气压的10 min平均Pach皮托管压头系数Cp,z第3个区间的功率系数一Cqa广义气动扭矩系数一Ct推力系数一c参数的（偏微分）灵敏度系数一CB,第个区间的气压灵敏度系数W/PaC d,第，个区间的数据采集系统灵敏度系数一Cinde x索引参数灵敏度系数一Ck,i第，个区间的第%个分量的灵敏度系数一C T,i第个区间的温度灵敏度系数W/KCV,第个区间的风速灵敏度系数W/(m/s)C p,i第个区间的空气密度校正灵敏度系数W/ (kg /m3)D风轮直径mDe等效风轮直径mDn邻近运行风力发电机组的风轮直径md测风塔直径mF(V)风速的瑞利累积概率分布函数一fi风速区间内风速的相对发生概率一f r ,MM利用测风塔上安装的设备测量的风切变校正系数一f r .RSD利用遥感设备测量的风切变校正系数H风力发电机组轮毂高度mh障碍物的高度mI杯式风速计转子的转动惯量kg m2k分级值一威布尔分布形状参数一kb阻塞校正系数一kc风洞校准系数一kf其他风洞的风洞校正系数（仅用于不确定度评估）一kP空气密度的湿度校正一Kb,i气压计灵敏度N/(m2 V)Kb,s气压计增益一K B,d气压计采样转换一K T,t温度传感器灵敏度K/AK T,s温度传感器增益A/VK T,d温度传感器采样转换一压力传感器灵敏度一-s压力传感器增益一-d压力传感器采样转换一Lm测风塔桁架相邻支架间距离m5GB/T 18451.22021/IEC 61400-12-1 ：2017L风力发电机组与测风设备之间的距离mLe风力发电机组或测风设备与障碍物之间的距离mLn风力发电机组或测风设备与邻近运行风力发电机组之间的距离mlh障碍物的高度mI w障碍物的宽度mM每个区间内的不确定度分量个数一MaA类不确定度分量个数MbB类不确定度分量个数一N区间个数一年的小时数，约8 760 hhN：风速区间i内10 min数据组个数一N,风向区间/内的10 min数据组个数一n采样间隔内的采样数一nh可用的测量高度个数一Po障碍物的孔隙度（0：实心的，1：无障碍物）一P.第，个区间的规格化平均功率WPn规格化功率WP n,i,j第z个区间内数据组）的规格化功率输出WP10 min测量功率的10 min平均值WP W蒸气压力PaQa气动扭矩N mQf摩擦扭矩N mR风轮半径mRo干燥空气气体常数（287.05）J/(kg K)Rd到测风塔中心的距离mRw水蒸气气体常数（461.5）J/(kg K)RSD遥感设备一r相关系数一sA类不确定度分量一Sa风洞风速时间序列的A类标准不确定度一S k ,i第1个区间内分量左的A类标准不确定度一Si第3个区间内合成标准不确定度一Sp,i第，个区间内功率的A类标准不确定度WSsc场地标定的A类标准不确定度m/s5 w ,f气象变量的A类标准不确定度Wh a,j第J个区间内风速比的A类标准不确定度一s测风塔实度一T绝对温度KTI湍流强度一10 min测量绝对气温10 min平均值Kt时间Su风速m/sud中心风速偏差值m/s6GB/T 18451.22021/IEC 61400-12-1:2017ueq等效水平风速m/sUi第，个区间内的风速m/sut临界风速m/su风速矢量一uB类标准不确定度分量一 AEP年发电量估计的合成标准不确定度、W h第W个区间内气压的B类标准不确定度PauCt i第，个区间内功率的合成标准不确定度WUi第个区间内的B类合成不确定度一 inde x索引参数的B类标准不确定度一Ukti第，个区间内分量%的B类标准不确定度一P,i第1个区间内功率的B类标准不确定度W V,第/个区间内风速的B类标准不确定度m/s第1个区间内气温的B类标准不确定度K场地标定在风速区间，和风向区间）内的合成标准不确定度m/s AD,第3个区间内空气密度校正的B类标准不确定度kg /m3V风速m/sVa v e轮毂高度的年平均风速m/sK第，个区间规格化平均风速m/sVn规格化风速m/sVnj第，个区间内数据组，的规格化风速m/s*10 min测量风速的10 min平均值m/sV风速横向分量m/sV平均气流速度m/sDe q测量等效风速m/s曾 e q , f ina l最终风轮等效风速m/s曾 e q , MM基于测风塔测量的等效风速m/sq ,RSD基于遥感设备测量的等效风速m/s轮毂高度处的风速m/sh,MM用测风塔测量的轮毂高度处风速m/shn特定的轮毂高度规格化风速m/sh,RSD用遥感设备测量的轮毂高度处风速m/s在高度，处测量的风速m/s己高度之处的风速m/sWME测风设备一w风速垂直分量m/sWi确定偏差包络的加权函数一xk预处理时间周期内的参数平均一10 min10 min参数平均一X上风向障碍物到测风设备或风力发电机组的距离mZ地面以上高度mz,风力发电机组第，段风轮的高度ma幕律风切变指数()7GB/T 18451.22021/IEC 61400-12-1 ：2017ma x ,f风速范围内任意风速区间的最大偏差m/s9干扰扇区()K卡尔曼常数0.4一A叶尖速比一p空气密度kg /m3Po标准空气密度kg /m3PlQ min空气密度的10 min平均值kg /m3aP, i第，个区间内标准化功率数据的标准偏差W0 10 min参数10 min平均的标准偏差一册/%/%纵向/横向/垂直风速的标准偏差一。相对湿度（范围从0%100%）一0)角速度r a d /s5功率特性方法概述大型风力发电机组风轮高度范围内的风切变和风转向因大气稳定度条件不同可能发生显著变化, 它同时也受现场地形的影响。极端大气稳定度条件的出现是特定场地问题，如果在功率特性测试期间 出现极端大气条件,功率曲线会出现明显变化。本部分所使用的功率特性测试方法基于功率曲线的定义，该功率曲线表示为所产生功率和能够有 效表征通过风轮扫掠区域的风动能通量的风速之间的关系。通过垂直捕获区域的动能通量指特定时间点或时间段,通常为10 min ,假设风速在此时间内没有 变化一般表示为：Pkin =JRv 3d A .（ 2 ）A 式中：V在风轮区域上的一个测量点的水平风速” O 该水平风速定义为瞬时风速水平分量的平均值，仅由纵向分量和横向（非垂直）分量组成。对于水 平轴风力发电机组，还要考虑风转向，并根据轮毂高度处的风向校正风动能：Pkin = p Vc o s（w Ph ub）3d A .（ 3 ）A 式中： Whub-轮毂高度处的风向。大型风力发电机组风轮高度处的风转向在极端大气稳定度条件下可能出现明显变化，它同时也受 现场地形的影响。本部分不考虑水平面上的风切变和风转向。因此，由式（3）动能表达式中导出的与风动能相对应的 能量等效风速，通常表示如下：1/3 .（4 ）% c o s (6一夕Q 了 d A1）如果在某个时间段内风速发生变化（即湍流强度0）,则动能（在此时间段内平均）高于风速恒定的情况，但风 力发电机组将这种额外的动能转化为额外的电力的可能性有限。此处不再考虑此问题。作为简化，即使在湍 流强度0的情况下，式（2）、式（3）、式（4）在此也被认为是有效的。风速变化对时间平均动能的影响以及对风 力发电机组功率曲线的相关影响，采用附录M中的湍流规格化程序进行处理。2）对于单点轮毂高度风速测量，风力发电机组功率与水平风速定义的相关性比矢量风速定义的相关性更好。8GB/T 18451.22021/IEC 61400-12-1 ：2017式中：，风轮面内不同测量高度的编号3）o虽然水平风速被认为是影响风速的参数，但在具有显著非水平气流（上升流或下降流）的地点，水平 风速的测量和风力发电机组的响应都存在额外的不确定度。当风轮处的风切变和风转向小且均匀（以及对于在可能更复杂的气流条件下的风轮直径较小的风 力发电机组）时，轮毂高度测量的风速可以很好地表示风轮捕获的动能。轮毂高度风速是本部分所有历 史版本中定义功率曲线时所用的风速。因此，即使在叶轮高度范围内有更全面的风速测量，在轮毂高度 处测量的风速作为风速的默认定义，也应始终进行测量和报告。在极端大气稳定度条件频繁出现的地点和季节，建议测量风切变。如果风轮的整个高度范围没有测量风切变和风转向，则在等效风速中增加了不确定度。该不确定 度随着风速和风向在不同高度上测量点的增加而降低。如果测量仅限于轮毂高度，且没有测量风轮的 重要区域上的风切变，则意味着在确定等效风速时应增加不确定度。对于小型风力发电机组，由于受风切变和风转向的影响较小，风速仅用轮毂高度测量的风速来表 示，不会因为缺少风切变和风转向测量而增加不确定度。对于垂直轴风力发电机组，不存在风转向的影响，风转向应忽略。如果测试风力发电机组或测风设备位于任何风力发电机组的尾流中，测试风力发电机组位置和测 风设备位置处的风况可能显著不同，因此应将这种情况排除在测试之外。空气密度P在大型风力发电机组风轮高度范围内变化。然而，这种变化是很小的。在功率特性测 试方法的实际执行中，仅定义和确定轮毂高度处的空气密度就足够了。功率曲线被规格化为在测量周 期内测量现场的平均空气密度或预定义的参考空气密度。功率曲线也受到测试场地湍流的影响，并且湍流可能在风轮范围内变化。本部分仅考虑轮毂高度 处的场地湍流。高强度湍流增大了功率曲线在切入风速和在额定功率下开始功率调节时的曲率半径, 而低湍流将使功率曲线的这些位置更尖锐。应测量现场湍流并作为功率曲线的补充。如果需要，可以 使用附录M的方法对指定的湍流进行规格化。总之，本部分的功率曲线是具体气候条件的功率曲线，其中：a）空间某一点的风速定义为水平风速；b）功率曲线的风速定义为轮毂高度风速，考虑到垂直风切变和风转向s,该定义可以用式（4）中 定义的等效风速来补充；c）空气密度为轮毂高度处的测量值，并将功率曲线规格化至测试期间的场地平均空气密度或预 定义的参考空气密度；d）在轮毂高度处测量湍流，功率曲线在湍流没有规格化的情况下得出；e）功率曲线可规格化到更宽范围的气候条件（例如特定空气密度、湍流强度、垂直风切变和转 向”。在本部分中，提供了测量、标定、分级、数据校正、数据规格化和不确定度确定的所有必要程序。但 是，如果不是所有参数都经过充分测量，则应考虑由于缺乏该测量导致的不确定度，例如，仅用轮毂高度 风速传感器测量大型风力发电机组的功率曲线。在这种情况下，对于风切变和风转向的变化，应考虑不 确定度。通过测量所有必需参数和使用所有相关程序，可以获得使用本部分的最佳结果。但是，如果无法做3）然而，当文件中提到风速时，默认定义是指轮毂高度风速，除非明确说明该定义能量等效风速。4）小型风力发电机组，参见IEC 61400-2。5）垂直轴风力发电机组，在式（3）（设B=%ub）中忽略风转向。6）功率曲线规格化仅适用于现场实际条件下有限的气候条件范围。9GB/T 18451.22021/IEC 61400-12-1:2017到这一点，还有其他可选的测量装置和程序。表1中描述了这些可选项。这些可选项涉及测风设备的 使用，规格化方法的应用以及由于缺乏相关测量导致的额外不确定度。表1满足本部分功率曲线测量要求的测风设备配置概述测风设备配置1.轮毂高度测风塔和 所有高度的遥感设备2.低于轮毂高度测风 塔和所有高度的遥感 设备3.高于轮毂高度的测 风塔4.轮毂高度测风塔典型应用平坦地形的大型风力 发电机组7（见附录B）平坦地形的大型风力 发电机组（见附录B）所有地形的大型、小 型风力发电机组所有地形的大型、小型 风力发电机组测风传感器7.2.3,7.2.57.2.3,7.2.57.2.3,7.2.47.2.3功率曲线特定气象参 数的规格化评定程序空气密度、风切变见9.1.5 和 9.1.3.4空气密度、风切变见9.1.5 和 9.1.3.4空气密度、风切变见9.1.5 和 9.1.3.4空气密度见9.1.5缺少风切变测量引入 的额外不确定度额外不确定度取决于 测量高度覆盖范围 E.11.2.2额外不确定度取决于 测量高度覆盖范围E.11.2.2额外不确定度取决于 测量高度覆盖范围E.11.2.2大型风力发电机组缺少 垂直风切变测量，引入 总的额外不确定度 E.11.2.2可选规格化程序湍流、风转向和上流 角见 9.1.6 和 9.1.4湍流、风转向和上流角见 9.1.6 和 9.1.4湍流、风转向和上流角 见9.1.6和9.1.4,测风 塔气流畸变见9.1.6, 场地标定见附录C湍流和上流角见9.1.6, 场地标定见附录C6功率特性测试的前期准备6.1 概述与风力发电机组功率特性相关的测试条件，应在测试报告中明确说明，详见第1。章。6.2 风电发电机组与电气连接如第10章所述，描述并记录风力发电机组及电气连接情况，用以确定被测风力发电机组的唯一 配置。6.3 测试场地6.3.1 概述应在被测风力发电机组附近安装测风设备，以确定驱动风力发电机组的风速。测试场地的风切变和大气稳定特性可能会对风速测量和风力发电机组的实测功率特性产生重大影7）大型风力发电机组和小型风力发电机组的定义参考IEC 61400-2.8）人流角对功率曲线的影响，可以用三维声波风速计或入流式风向标测量。如果采用人流角规格化，则应记录该 方法（附录E中考虑了人流角的不确定度）。然而，本部分中没有具体的程序描述如何规格化人流角。 10GB/T 18451.22021 /IEC 61400-12-1 ：2017响。一般来说，大气稳定度存在一个昼夜循环，夜间为稳定大气特性，白天由于日照，增加湍流和边界层 的混叠，形成不稳定大气。风切变、风转向和湍流都与大气稳定度相关，它们影响轮毂高度风速和风轮 等效风速之间的关系，异常风廓线可能会影响风力发电机组的能量转化。止匕外，气流畸变可能会引起测 量设备处风速和风力发电机组风速不同，尽管彼此是相关的。测试前，需要对测试场地可能引起气流畸变的因素进行评估，以便于：a）选择测风设备的安装位置；b）确定合适的测量扇区；c）评定是否需要场地标定,然后依据附录C进行测量，确定准确气流校正系数；d）评定气流畸变引起的不确定度。应特别考虑以下因素：1）地形变化和粗糙度；2）其他风力发电机组；3）障碍物（建筑物、树林等）。测试场地的情况应描述清楚，详见第10章。6.3.2 测风设备位置应特别注意测风设备的安装位置。它不应距风力发电机组太近，因为所测风速会受被测风力发电 机组影响。同时也不能距风力发电机组太远，否则所测风速和输出功率之间的相关性将减小。测风设 备应安装于距被测风力发电机组2倍4倍风轮直径D之间，推荐使用2.5倍风轮直径D的距离。对 于垂直轴风力发电机组，按附录H的H.4。进行功率特性测试前，为有助于选择测风设备的位置，应考虑在所有扇区内排除测风设备和风力发 电机组受气流干扰的测量扇区。多数情况下，测风设备的最佳位置是位于风力发电机组的上风向，测试过程中大部分有效风来自这 个方向。然而，在有些情况下，将测风设备安置在风力发电机组旁边也许更适合，例如风力发电机组安 装在山脊上的情况。6.3.3 测量扇区测量扇区应排除有明显障碍物和其他风力发电机组的方向，从被测风力发电机组和测风设备两者 看过去都应如此。应运用附录A