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海上大型风力发电机组抗台风技术浅析

摘要：台风是我国东南沿海常见的灾害天气，其引发的强风、暴雨、风暴潮

和雷暴对风电场有着极强的破坏力，随着我国中东南部风电开发的推进，尤其是

海上风电的规模化发展，频频来袭的台风对沿海地区风电场造成了巨大的威胁。

随着科学技术的发展，台风的预测也越来越精准，本文将基于台风来临前后风况

变化的特点，对海上大型风力发电机组的抗台风技术展开研究。

关键词：大型风力发电机组；海上风机；抗台风技术

由于我国海上风资源较为丰富，而且海上风电场建设也不受制于土地的使用，

已经逐步成为风电发展的新领域。相对于长江以北地区，我国东南沿海风资源相

对丰富，但是这些地区又受到热带气旋的挑战。强度较弱的热带气旋及其外围环

流影响的区域，可以给风电场带来较好的经济效益，但是强度较强的热带气旋，

会给风电场带来极大的破坏。如果不能很好地针对热带气旋对台风进行设计和运

行管理，将可能会带来巨大的经济损失。

一、台风特点分析

与一般的冷空气大风不同，台风是一种破坏力极强的自然灾害，主要形成于

热带或副热带海面温度在26℃以上的广阔海面上的热带气旋，是急速旋转并向前

移动的大气涡旋。除了具有明显的季节性外，还具有极端风速搞、湍流大、风向

突变及阵风变化幅值大等超出风力发电机组设计标准风况的明显特征。

由于台风风速大，湍流强度大，容易造成叶片或者塔筒的失效事故。台风还

可以破坏电网，造成风机断电，如果此时变桨系统蓄电池失效，可能造成风机无

法顺桨，导致风机事故。而且台风来临时还往往伴随高雷暴，容易导致雷击，这

些都是海上风力发电机组的抗台风设计时要考虑的因素。

在抗台风型风力发电机组设计时，台风的特征参数与常态风存在明显的不同：

1.

空气密度

3

常态风：标准取值为1.225kg/m。台风时，高温高湿低压空气密度低于

3

1.225kg/m。

台风：GL风机设计标准建议根据气压和风速等级空气密度取值在1.078-

33

1.123kg/m。Holland模型建议取1.15kg/m。

1.

风切变

常态风为对数风廓线。台风无明确结论，GL风机设计标准建议使用对数风廓

线，与常态风相同，但是台风时风廓线和常态大风时期风廓线存在较大差异。

1.

风向变化

常态风没有明确说明，GL认为对于经过台风中心风场风向变化为30min改变

180°。

2016年‘妮妲’台风强风时风向变化14小时内风向变化超过122deg。风场

风速最大时，1h内10min平均风向变化50deg。

1.

湍流强度

常态风：A类设计湍流I15=0.18，B类设计湍流I15=0.16，极端风湍流强度

取0.11。

台风：GL风机设计标准认为没有确凿证据可证明台风下的湍流强度与正常风

条件下有明显的不同，因此可继续沿用IEC61400-1规范里的NTM正常湍流风模

型。由于高风速下湍流强度变化很小，可假设纵向湍流强度只与地表粗糙度相关。

但根据多次台风实测数据的分析，台风时湍流强度普遍大于0.11，部分数据超出

0.15，少数观察值达到0.20，靠近台风中心时，湍流会突增。

二、海上风机抗台技术

1、台风来临前

台风路径主要受海洋表面温度影响，然而洋流复杂，海水温度变幻莫测，导

致台风路径瞬息改变。因此需要基于气象部门发布的台风信息和路径，转换成风

电场甚至机位点的台风信息，包括风向、平均风速、极大风速、台风距离机位点

的距离等准确数据，并要根据台风的路径及未来的趋势，实时对台风的特性进行

分析，智能辨识出不同风电场点的模型参数，为抵御台风提供支撑。最终要保证

风机根据台风风向实时调整对风方向，从而减小整机载荷，最大程度上减小台风

对风电场的影响。

图1：台风来临前风电场的海域情况

2、台风来临时

在台风登录时，往往会带来良好的风资源，因此需要精准把握风力发电机组

进入抗台风模式的最佳时机，在保障风机安全的前提下提高发电效益。

随着台风逼近，风速将达到并超过风机的切出风速，此时风机需切入台风模

式，叶片借助控制系统和动力系统进