1、G噩ICS 27. laO F 11 中华人民共和国国家标准GB/T 29494-2013 小型垂直轴风力发电机组2013-10-01实施Small vertical axis wind turbines 发布中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会布一发nu nJ-写三也-r飞盯/3一梅、飞、JWo-RriH 2-drzy GB/T 29494-2013 目次前言.皿1 范围.2 规范性引用文件3 术语和定义4 技术要求-5 试验6 外观防护147 运输与贮放8 组装与安装9 操作与检修H10 标示1611 文件规定16附录A(规范性附录)关于引用文件GBjT18451
2、. 2-2012在执行过程中的额外说明17附录B(资料性附录)垂直轴风力发电机组简易载荷计算模型参考文献33I GB/T 29494-2013 目U吕本标准按照GB/T1. 1-2009给出的规则起草。本标准由中国机械工业联合会提出。本标准由全国风力机械标准化技术委员会CSACjTC50)归口。本标准起草单位:中国农业机械化科学研究院呼和浩特分院、申国农业机械工业协会风力机械分会、北京鉴衡认证中心、上海麟风风能科技有限公司、广州红鹰能源科技有限公司、深圳市泰玛风光能源科技有限公司、兰州理工大学、拓又达科技有限公司、平泉希翼绿色能源制造有限公司、山东大学。本标准主要起草人:王建平、祁和生、秦海岩
3、、严强、俞红鹰、吕波、李文艳、杨瑞、赵欣、宋汉军、刘淑琴。E / / / / / f ，: / 、飞、 / /干了二/ / / / / / / GB/T 29494-2013 小型垂直轴风力发电机组1 范围本标准规定了小型垂直轴风力发电机组(简称为垂直轴风力发电机组)的术语和定义、主要结构形式和参数、技术要求、试验方法、安装要求、标示、包装、运输及贮存。本标准适用于风轮扫掠面积小于200m2且输出电压交流小于1000V或直流小于1500V的垂直轴风力发电机组。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
4、版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB 755-2008旋转电机定额和性能GB/T 2900. 53 电工术语风力发电机组GB 5226. 1-2008机械电气安全机械电气设备第1部分:通用技术条件GB 16895.3 建筑物电气装置第5-54部分:电气设备的选择和安装接地配置、保护导体和保护联结导体GB/T 176462013小型风力发电机组设计要求GB 17799.1 电磁兼容通用标准居住、商业和轻工业环境中的抗扰度试验GB 17799.3 电磁兼容通用标准居住、商业和轻工业环境中的发射标准GB/T 18451. 2 2012 风力发电机组功率特性测试GB/T 22516-2008风力
5、发电机组噪声测量方法GB/Z 254262010风力发电机组机械载荷测量GB/Z 25427-2010风力发电机组雷电防护GB/T 27025-2008 检测和校准实验室能力的通用要求GB 50009-2001 建筑结构载荷规范IEC 62103: 2003 电力装置用电子设备(Electronicequipment for use in power installations) 3 术语和定义GB/T 2900. 53界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3. 1 凤轮rotor 垂直轴风力发电机组将风能转化为机械能的主要装置，由叶片、叶片连接件、风轮轴三大部件组成。某些设计则以叶片与风轮轴
6、直接相连。图1为数种按照叶片型态分类的典型垂直轴风力发电机组设计简图，但本标准并不限于这些设计。1 G/T 29494-2013 Y Y， y叫马xsl (Savonius) 垂直轴风力发电机组hlade connection part 3. 1.3 3.2 3.3 3.4 凤轮轴由主轴发电机将机械控制器主要提变流器将发电/ / / 并网型两种。某些设计则将控制器和变流器整合为一体。3.5 支撑结构support structure , 、 Y， H旋翼型垂直轴风力发电机组设计能图 支撑风力发电机组系统并保证其平稳运行的结构，支撑结构可以是独立的塔架或基座，也可以是固定在其他装置上的结构(例如
7、建筑结构体、灯杆、拉索等)。3.6 扫掠面积swept area 与迎风方向垂直的风轮旋转面的投影面积。3. 7 轮鼓高度hub height 风轮扫掠面的几何中心距离地面的高度。2 G/T 29494-2013 4 技术要求4.1 技术范围垂直轴风力发电机组技术范围包含风轮、发电机、控制器、变流器及支撑结构(或塔架与基础)等主要部件。技术范围还需要考虑对外部环境的影响包括机组运转所产生的噪声、振动与电磁辐射等。4.2 一般要求4.2. 1 风力发电机组等组垂直轴风力发电机组设计应考虑其适用区域风况，主要依据轮毅高度的参考风速(Vf)、年平均风速(Vave)以及揣流强度。15)，设计其适用等级
8、，等级划分应依据GB/T176462013中6.2的规定，如表1所示。表1垂直轴凤力发电机组等级小型风力发电机组等级I E 皿N S V,(m/s) 50 42. 5 37.5 30.0 Vm(m/s) 10 8.5 7.5 6. 0 由设计者规定各参数115 o. 18 o. 18 0.18 O. 18 a 2 2 2 2 注1:以上数值均适用于轮毅高度。注2:115为15m/s时端流强度元量纲特征值。注3:a为GB/T17646-2013的6.3.2.3中公式(7)所用的元量纲斜率参数。注4:S级是针对特殊要求(例如特殊风况、其他外部条件或特殊安全等级所定义。设计者选择S级风力发电机组，应
9、将设计值明载于设计报告中。有关此等特殊设计，设计条件中所选择的数值应至少要反映出小型风力发电机组使用环境中可预期的苛刻工况。S级风力发电机组的设计文件应包含GB/T17646一2013附录B所列的内容。4.2.2 工作条件4.2.2.1 一般环境条件垂直轴风力发电机组的设计应保证其整机系统在设计寿命期间，在一般环境工作条件下能维持正常运转。这些一般环境条件包括:一一环境温度范围:一20.C40 .C; 一一太阳辐射强度:1000 W/m2; 一环境相对湿度:95%;标准空气密度:1. 225 kg/旷(不同海拔高度的空气密度不同，应以适用的公式进行转换)。4.2.2.2 极端环境条件要求垂直轴
10、风力发电机组可以在一般环境条件以外生存运转，包括温度、雷击、结冰、沙尘、盐害、台风及地震。极端环境条件下运转的垂直轴风力发电机组，应保证其与此等环境条件直接相关的重要组件在设计寿命期间维持正常功能;该风力发电机组应接受极端环境条件模拟试验，宜采用整机模拟3 CBjT 29494-2013 实验。4.2.2.3 正常凤况条件垂直轴风力发电机组的设计应考虑其适用区域的风况条件，风况是影响结构完整性的主要外部条件。正常风况条件决定了风力发电机组正常运转下的结构疲劳载荷。正常风况应符合GBjT17646 2013中6.3.2所定义的模型，包括风速分布、正常风剖面模型(NW町、正常扰流模型(NTM)等相
11、关参数。4.2.2.4 极端凤况条件极端风况条件用以计算风力发电机组结构极限载荷，包含因暴风及风速与风向急速变化所产生的风速峰值。应符合GB/T17646-2013中6.3. 3所定义的模型，考虑1年或50年回归期下的极端风况，包括极端风速模型(EWM)、极端运转阵风(EOG)、极大风向变化(EDC)、极端持续阵风(ECG)、风向变化的极端持续阵风(ECD)等相关参数。对于不须对准特定风向或元需考虑转向误差的垂直轴风力发电机组，不需考虑风向变化。4.2.3 基本性能参数4.2.3. 1 切入风速:风力发电机组开始发电时，轮载高度处的最低平均风速。某些以外电驱动的电动机协助自启动的风力发电机组，
12、其切入风速的定义应以输出端净电功率输出为正值时的风速为切入风速。4.2.3.2 切出风速:风力发电机组在稳态风速(元揣流)下发电时，轮载高度处的最高平均风速。4.2.3.3 额定风速:对应于风力发电机组最大功率输出的特定风速。4.2.3.4 最大功率:风力发电机组在正常稳态运转时的最大1min平均输出功率。此处最大输出功率是指经由控制器或变流器调控过后的最大输出功率。4.2.3.5 相较额定功率:依据本标准试验方法所测量的功率曲线，在11m/s风速时的输出功率。4.2.3.6 年发电量:在风速分布符合瑞利分布时，假设风力发电机组可利用率为100%，依据本标准试验方法所测量功率曲线所估算的1台风
13、力发电机组1年内生产的全部电能。4.2.3.7 相较额定年发电量:在风速分布符合瑞利分布时，假设风力发电机组可利用率为100%，依据本标准试验方法测量功率曲线，以轮载高度年平均风速5m/s为基准所计算的年发电量。本参数目的在于让垂直轴风力发电机组在同一平均风速条件下有相同的年发电量比较基准。4.2.3.8 相较视在声压级:按瑞利风速分布，在年平均风速5m/s及距离风力发电机组60m时，依本标准中噪声测量方法测量，在风力发电机组正常运转期间95%时间内不会超过的声压值。本参数目的在于让垂直轴风力发电机组在同一个平均风速条件下有相同的噪声比较基准。4.2.3.9 风轮最大设计工作转速:风轮在所有设
14、计限速控制下，所能达到的最大转速，该值是以依据本标准试验方法中安全与功能试验实测结果并发表于正式测试报告的最大转速值为准，风轮最大设计工作转速用于计算强度评估中的离心力。4.2.3. 10 过速控制方式z垂直轴风力发电机组应具备当风速超过额定风速或风轮最大工作转速时能自动限速的控制机制。4.2.3. 11 最大电流z风力发电机组运转时在系统控制电路或功率转换电路输出及输入两侧所产生的最大瞬间电流。4.2.3. 12 最大电压z风力发电机组运转时(含开路状态)产生的最大瞬间电压。4.2.3.13 功率输出形式:储能或直接并网，或储能兼并网，或其他任何将风力发电机组输出功率运用至负载的方式。4.2
15、.3.14 功率系数:风力发电机组的净输出电功率与自由气流通过风轮扫掠面的风能的比值。净输GB/T 29494-2013 出电功率对离网型风力发电系统而言，是指充电控制器输出端的电能;对并网型风力发电系统而言，是指变流器输出端并人电网的电能。4.2.4 基本安全功能安全功能应考虑包括运转时可能危害系统稳定性及可能因而进一步危害人员与环境的因素，安全功能应能通过试验及/或分析加以验证，垂直轴风力发电机组设计至少应包括下列基本安全功能:a) 系统结构安全功能:风力发电机组应设计在正常风况下，各结构组件在正常寿命期间不致因结构疲劳而影响系统结构安全，在极限风况条件下各组件不致因结构极限强度破坏而影响
16、系统结构安全。b) 风轮过速保护功能:风力发电机组应具备使风轮转速在超过最大工作转速时，具有自动限速至最大设计转速以下、减速或完全停止的功能，该保护功能可为主动或被动控制。过速保护功能建议使用故障安全CFail-Safe)设计和冗余设计CRedundancy)，这样设计能够使小型风力发电机过速保护功能不受任一单项保护装置失效的影响。c) 安全停机功能:最大功率1kW以上(含1kW)的风力发电机组的风轮转轴上应配备有机械式的安全停机装置，该装置应能通过自动(例如:控制器程序驱动电磁或油压制动装置等)或以于动(例如:按钮、开关或拉杆等驱动制动装置)的方式进行动作，并依所标称风力发电机组等级在所设计
17、载荷条件下将风力发电机组操作至停机状态。安全停机装置可与b)所述的自动过速保护装置配合组成更为安全的停机方式，但于动安全停机装置应优先于自动控制系统，其按钮、开关或拉杆等应设计位于操作人员可接近的位置，并考虑启动这些操作所需的时间。安全停机装置必需能有效安全操作，并应于安全与功能测试及耐久性测试中评估与验证。任何型号的风力发电机组在进行检查、服务或维护前停机均应考虑在风速不低于10m/s或1.4Vave (取较大值)的风速下进行该程序的相关安全程序与规范。维修可设计为倾倒至地面维修或在塔架顶端进行维修，但均应有安全程序以保证风轮维修时不会任意位移。d) 电气系统保护功能:本项功能应包含以保护垂
18、直轴风力发电机组控制器、变流器及所连接外部电力系统不受故障影响，或因故障而导致不安全状态的发生。此保护功能应依据实际电力系统设计，考虑包括下列保护功能:1) 过电流保护功能:系统应具备当工作电流超过最大设计保护电流50%时，过电流保护装置应能启动，以保护电气系统安全。2) 极性反接电路保护功能:系统应具备发电机或当有蓄电池及其他辅助供电装置时的极性反接的电路保护功能。3) 低电压保护功能:当输入端蓄电池电压过低时，控制器应能保护性自动关机，以保护蓄电池。4) 断开功能:当维护或试验时，可将风力发电机组电气系统与所有电源完全隔离，不应单独采用半导体装置作为断开装置。5) 接地与雷击保护功能=系统
19、应设计有接地与雷击保护设备以符合GB16895. 3和GB/Z 25427-2010要求，其安装、配置及设备选择应符合当地电气法规的要求。的电气导体与电缆保护功能:风力发电机组相关的导体绝缘应遵守GB5226. 1-2008相关规定，对温度、电压、电流、环境条件及致使材料老化的外界环境具有适应性，并应考虑安装时及运转中可能会遭受的扭曲或机械应力。应采用保护层或导管对电缆进行保护，若属地下电缆元导管或线沟槽保护时，应以电缆盖板或适当标示带加以标识。其绝缘保护应经适当设计，以使得任何传导到电气组件的过电压均不致超过该组件的绝缘等级。e) 电气系统之外的其他风力发电机组系统防雷击保护:本项应由制造商
20、和用户协商。小型风力发电机组的雷击保护与接地要求应遵守GB/Z25427-2010，其中对接地系统及其接地电阻的GB/T 29494-2013 要求应遵守GBjZ25427-2010中第10章的要求。4.3 功率特性要求垂直轴风力发电机组具备一定的功率特性，功率特性应能通过试验及/或分析加以验证。重要性能特性应包括依据GBjT18451. 2-2012中第8章所定义及按本标准试验方法所测量的功率曲线、年发电量和功率系数等。4.4 耐久性与j孟转可靠性要求垂直轴风力发电机组应能通过依据本标准试验方法进行至少6个月及特定风况条件运转时数的耐久性试验，同时具备一定运转可靠性水平，以呈现在其设计运转范
21、围下的耐久与可靠特性，包括结构完整性与材料老化情况及风力发电机组的动态行为。4.5 喋声要求噪声要求通常在日夜间以及不同住宅或工商使用区域均有不同标准，垂直轴风力发电机组的噪声水平应符合多数区域环保要求。该特性是指能够以本标准的噪声测试方法测定的，在运转风速范围及扣除背景噪声条件下，于不同距离所呈现的噪声特性。4.6 支撑结构与基座要求4.6.1 支撑结构设计载荷支撑结构设计载荷应考虑如下几个方面:一一支撑结构或塔架以及基座的设计载荷，应考虑包括通过风轮叶片、叶片连接件、风轮轴、机体、塔架以至基础等载荷传递途径，传递至支撑结构的转动与振动的空气动力学载荷，以及整体系统重量载荷;一一-一般而言，
22、建议风力发电机组制造厂商应提供空气动力学极限载荷及整体系统重量载荷等相关信息给结构评估工程师进行支撑结构计算及/或签证;一二上述空气动力极限载荷可按照GB50009-2001中第7章的风载荷计算方法进行计算，其基本设计风速则依据各地区法规要求，如该地区未有法规要求，则以各地离地10m高50年一遇的3s平均最大阵风统计值作为基本设计风速;属于独立于地面的支撑结构，应考虑安装地域土壤特性及其相关基座设计载荷;属于与建筑物结构结合的支撑结构，应考虑对建筑物原始结构强度的影响。4.6.2 勿须考虑的支撑结构设计风轮扫掠面积小于2m2时，可不需考虑支撑结构问题。4.6.3 支撑结构与建筑相关规范支撑结构
23、设计应符合当地建筑相关规范与法规。4.6.4 支撑结构与维修元法安全地卸下至地上进行维修的风力发电机组及塔架，应具备人员升降或在搭架上作业时能防止坠落的措施或设计。4.6.5 支撑结构共振支撑结构设计时应注意避免风力发电机组持续在共振频率运转以免发生过度振动。6 GB/T 29494-2013 4. 7 控制器及变流器性能要求控制器及变流器应能依据风力发电机组特性，提供发电机输出端整流、功率控制、制动控制或进行各项电气保护功能;同时将电能转化为安全与实用化的离网与并网电能。其组件性能要求应通过本标准第5章中关于控制器及变流器性能要求的试验E其与系统搭配的性能表现可以通过本标准功率性能试验及安全
24、与功能试验及/或评估获得。垂直轴风力发电机组完成测试认证后，当控制器及变流器需根据各地电力法规等要求进行更换时，应将欲更换的控制器与变流器、原控制器与变流器以及发电机，送至合格试验场，以电动机拖动，确认在不同转速下变流器输出端测量功率值误差均不超过士10%，此控制器与变流器的组合可视为与原测试认证过的垂直轴风力发电机组完全匹配。4.8 电能质量要求垂直轴风力发电机组并网应考虑GB/T17646-2013中6.5的规定，并应符合安装地区并网相关法规的规定。4.9 电磁兼容性要求垂直轴风力发电机组的电磁兼容性技术要求对象主要为发电机与控制器两类组件，应考虑其电磁干扰(EMI，Electromagn
25、etic Interference)和电磁抗扰度(EMS，Electromagnetic Susc巳ptibility)两种特性:a) 发电机电磁兼容性可遵照GB755-2008中第13章的要求，并考虑当地的特定电磁兼容性规定要求。b) 控制器电磁兼容性:5 试验一-一般小型风力发电机组控制器电磁兼容性技术要求应符合GB17799.1及GB17799.3 中相关规定;一一控制器与发电机的电磁干扰部分可选择分开进行测试，单就控制器的电磁干扰测试可用三相的交流电源供应器或自稠变压器模拟风力发电机组作为测试的来源，并操作输出在额定功率下进行验证测试;离网型控制器的输出未接于电网，但是仍应考虑无线(辐
26、射传导)的电磁兼容性。5.1 试验场地5. 1. 1 实际凤况条件下进行试验的试验场地5. 1. 1. 1 属于应在实际风况条件下进行的相关试验应在符合GB/T18451. 22012中5.2所述的合格试验场地进行，而且该合格试验场地应有合格的试验评估与仪器操作人员，相关试验仪器应符合该标准中第6章的要求。具备噪声测试能力的合格试验场地应符合GB/T22516-2008的7.1.1关于噪声测量位置及第6章中关于测量仪器的要求。5. 1. 1. 2 考虑多数垂直轴风力发电机组运转不需对准特定风向的特性，GB/T1845 1. 2-2012的5.2.2有关排除特定方位受风力发电机组尾流效应影响的测
27、量数据的叙述，试验场地可于原设气象测风杆的180。及与风力发电机组原距离相同位置增设另一气象测风杆，以此气象测风杆所测量相关方位的测量数据则可以不受原排除条款限制。5. 1. 1. 3 合格试验场地应能提供构筑于地面的稳固基础设施，供试验风力发电机组及其塔架进行试验GB/T 29494-2013 时与其搭接，该基础设施必须能承受来自于试验风力发电机组运转期间加诸于地面的载荷。5. 1.2 不属于必须在实际风况条件下进行的试验垂直轴风力发电机组对于不属于必须在实际风况下进行的试验，包括极限或疲劳载荷相关的结构安全评估，应由符合GB/T27025二2008要求的合格评估人员或机构进行试验或评估;与
28、终端负载相连的电力转换装置试验，应由合格的电气试验机构进行试验及/或评估。5.2 系统试验与评估5.2.1 概述8 注1:e)所称的正常运转，包括下列项目:1) 风力发电机组发电中z2) 在低风速切人与高风速切出时因风速变换而产生的自动启动与停机;3) 在风速低于切人风速或高于切出风速时的空转或停机状态;。风力发电机组正常关机(并非故障所造成到重新启动之间的运行状态(例如制动器冷却周期与叶尖制动收回等。注2:f)以运转时间比率所表示的运转可靠性，应在以下条件下获得z风力发电机组本身或主要零部件没有重大故障(包括叶片、控制器、发电机、轴承或变流器);风力发电机组主要零部件(包括系统支撑结构或塔架
29、)没有明显磨损、腐蚀或损坏(明显磨损是指可推断在风力发电机组寿命期间，任何会造成无法接受的强度丧失或间隙的磨损h且在可比较的风速下所产生的电力元衰减现象。试验期间发生重大故障或任何上述重大故障相关的主要零部件被替换，应视为试验失败。注3:各项测试的基本参数或风速是以连续10min的平均值为准，亦即25h意味须有10min平均1组测试数据共G/T 29494-2013 150组，合格试验场地应经验证具备此等测试条件.注主4:d)及e)，若风力发电机组设i计十为在1.8倍V5.2.3.3 任何隐藏的发电量衰减现象的评估，可以将耐久性试验进行期间每1个月功率水平依照风速作分类。每一个风速下，将分组的
30、功率水平绘制成时间函数的图形。如果图中有明显趋势时，则应楚行论证以找出原因。在电池充电系统的情况下，应画出具有可比较的充电状态的各点。本评估应仅采用被视为正常运转的数据点。5.2.3.4 风力发电机组的动态行为应加以观察、评估与纪录，从切人风速到20m/sC或1.8V町)之间所有运转条件(例如有负载、无负载、过速控制状态等)，观察时间至少为1h，以证实系统并未出现过度振动。测试期间内有关风力发电机组及塔架有任何可见的问题及缺失皆须翔实记录。5.2.4 噪声测试噪声测试方法及测试内容应依据GB/T22516-2008进行，所使用仪器应符合该标准中第6章的规定，但应遵照下列附加规定:a) 每一次测
31、试所取的平均时间为10s 0 b) 测试位置遵照GB/T22516-2008中7.1的规定，除测试基准点外，另3个可选测量位置需使用在测量上。测量位置相对于风向的偏差应在士150以内。风力发电机组塔架垂直中心线至各麦克风位置的水平距离凡，允许偏差为20%，测量精度应为士2%。对于垂直轴风力发电机组R。定义为Ro=H+D，如图2所示。川|?-:, / 图2定义Ro和斜臣也的示意图c) 风速应以直接测量为主，避免使用依据功率及风速关系所推导出的风速值。d) 应采用区间法Cbin法)以线性回归的数据组分析法，决定整数风速时的声压级，视在声功率级的计算应依据GB/T22516-2008中8.3的要求进
32、行。1) V.v是以风力发电机组厂商依GB/T176462013中6.2所宣称的风力发电机组等级下，轮毅高度的年平均风速。9 GB/T 29494-2013 e) 在麦克风使用防风罩仍有效的情况下，应尽量测量更宽的风速范围。f) 应观察在高风速下过速保护装置启动时，风力发电机组噪声是否有明显变化。g) 音值不需分析，然而仍须在报告中说明所测量到的主要音调。h) 噪声测试应包括下列重要结果z1) 风速、风向、大气条件及相关风力发电机组控制参数。2) 视在声功率级，依据GB/T22516-2008中8.3的测量及计算，并修正背景声压级后，位3) / L叫1Lbaoa町呻呻啪c咋咋忡一kkW卢俨B二
33、B二OU旧山叫叫叫叫n叫吨E咀止dd_le阿叫vel-:一_/背景声庄服级。/ 5.2.5 强度评估及安5. 的发电这垣其5. 构搭接组件，结构极限强度与疲劳强度均应分析。其他组件可以根据需要用快速检视的方式观察有元明显的缺陷或损坏，再辅以相关分析。结构强度安全分析可分为载荷计算及结构应力分析与结构强度评估两部分=a) 载荷计算:载荷值的计算可参照下列3种方式:1) 依据本标准附录B所描述的垂直轴风力发电机组简易载荷计算模型进行计算，同时应考虑GB/T17646-2013中7.8的安全系数。2) 依据GB/T17646-2013中7.5的步骤，采用符合该标准的空气动力学模型进行计算，所有载荷计
34、算仍应考虑GB/T17646-2013中7.8的安全系数。由于垂直轴风力发电机组无指向性问题，则设计载荷案例中的DLC1. 2与DLC1. 4可不予考虑。10 3) 依据GB/T17646-2013中7.5的设计载荷案例，进行实际载荷测量，测量方式与数据处理应符合GB/Z25426-2010的规定。采用上述1)与2)方式决定载荷时，风力发电机组GB/T 29494-2013 制造广商&.提供丧钟功率Pd由gn、设计转速向e叩及设计主轴力矩Qd臼酬，建议该3项参数应在风力发电机组设计时即已经通过适当试验(例如:风洞试验、现场试验)取得。b) 结构应力分析与结构强度评估:结构应力分析方式主要分为2
35、种方式:1) 采用垂直轴风力发电机组简易载荷计算模型取得载荷值，可依GBjT17646-2013中7.7的公式进行结构应力分析。2) 采用空气动力学模型进行载荷计算取得载荷值者，应用有限元模型进行结构应力分析。依据GBjT17646-2013中7.9的步骤，以及应力分析结果进行结构强度安全评估，要注意的是，风力发电机组的附属部件如齿轮与轴承，以及机械系统联接点，如螺栓与焊缝等，可用耐久性测试结果加以评估，如有必要再依据如ISO、VDI或AWS等相关标准进行强度评估。5.2.5.3 对支撑结构或塔架的结构强度及风力发电机组运转时与支撑结构或塔架的共振评估，应考虑如下:a) 若厂商使用试验场的塔架
36、，则仅需依5.2.3.4所述方式进行评估;若厂商自备塔架进行测试，则除依5.2.3.4所述方式进行评估之外，制造商应提供塔架自然振频，评估时应注意塔架自然频率应避开风轮特征频率，以避免或降低与塔架产生藕合共振的可能性。b) 风力发电机组制造厂商可提供风力发电机组支撑结构强度计算/校核书，该项计算应基于风力发电机组制造厂商提供的空气动力极限载荷及整体系统重量载荷等相关信息进行。厂商还应提供下列信息:1) 风电机组与塔架联接点规格，包含机械结构与电气等接合点细节;2) 叶片与塔架的自然频率;3) 塔顶最大设计载荷;。允许的塔架最大变形量;5) 基座相关规格，包括:适用的基座设计载荷;基座配置;若有
37、支撑索，则支撑索位置及支撑索最大与最小建议及支撑索安装、支撑索使用环境等规定;样本基座系统详图;可搭配适当土壤或其他搭接建筑物的条件。5.2.5.4 安全与功能试验及/或评估:本项试验及/或评估可配合功率特性试验或耐久性试验进行，试验人员应与提供试验风力发电机组厂商就安全与功能试验及/或评估项目进行磋商，并明确列出安全与功能试验及/或评估项目，因试验所需而影响原可靠性时间计算可以不列入可靠性时间计算中。至少还应试验及评估风力发电机组厂商所提出的下列机制:a) 运转逻辑说明或运转程序，包含功率与速度控制逻辑、待机及停机逻辑;b) 在设计风速以上的过速保护机制;c) 在设计风速以上的开机与停机机制
38、;d) 紧急或维修时的减速或停机机制。其他操作条件下适用的试验及/或评估项目为za) 保养与维护手册;b) 高/低环境温度运转操作条件说明，并提出相关文件以供审查(如润滑油规格、电子组件等与操作温度相关规格); c) 过度振动保护机制;d) 电池过电压或欠电压保护Ee) 正常运转下的紧急停机;f) 缆线扭转Fg) 并网时的孤岛保护机制;h) 因组件故障或其他关键机制所触发的任何额外保护功能，亦可加以试验。此试验可包含关键11 GB/T 29494一2013机制或操作条件的模拟。5.2.6 叶片及叶片连接件结构强度试验或评估叶片及叶片连接件结构强度可通过载荷试验判断叶片结构设计极限强度是否足够，
39、疲劳强度则以评估分析为主。载荷试验可以按既定运转逻辑下的风况与工况条件分别计算出的叶片及叶片连接件的最大载荷(包含安全系数)进行结构强度验证，最大载荷通常是发生在切出风速之前叶片离心力产生的最大动态载荷，以及在极端风速条件下应承受的最大静态载荷。a) 静态载荷试验:静态载荷试验为必要的测试项目，风电机组厂商应提供相关测试报告，试验施加的载荷应取最大动态载荷和最大静态载荷两者较大者做为试验的载荷依据。将叶片或叶片连接件两端固定在夹具上，按均匀分布的载荷施加在叶片或叶片连接件上，或以重心位置的极限载荷施加在叶片或叶片连接件的重心位置，建议试验加载时间至少1h。b) 动态载荷试验:动态载荷试验可依厂
40、商的产品特性而选择是否进行，建议叶片的动态载荷试验可以用驱动马达所带动的旋转试验来完成。旋转试验应依照叶片实际设计情况，以固定夹具将叶片(有叶片连接件者应先与叶片连接件结合)两端锁合在夹具上，夹具与以马达驱动的旋转轴相连接，并于驱动器旋转轴另一侧配重使之保持整体平衡，而后平稳增加转速至极限风况对应的最大转速，建议试验加载时间至少1h。以上不论动态或静态载荷试验，卸除后应确认元任何开裂或损伤。另外，叶片连接件和风轮轴连接部位的结构强度，主要可能为螺栓或焊道等，应评估其具备承受在极端风速下最大载荷所对应的结构强度。5.3 发电机试验5.3.1 总则风力发电机组厂商应要求发电机制造商出具以下各节规定
41、的试验报告，以符合系统需求。5.3.2 发电机额定功率和性能指标建议制造厂依据GB755一2008提供的相关额定功率和性能指标，同时提供发电机电流密度、发电机线路负载，发电机极对数、发电机最大短路电流和短路电流倍数等发电机设计基本参数。风场测试后，发电机泄漏电流(或绝缘电阻测试)应不大于发电机额定电流的0.1%。5.3.3 发电机耐用特性试验风力发电机组厂商可通过要求发电机制造厂出具与发电机可能使用环境有关的以下特性试验，以保证发电机的坚固与耐用特性。建议考虑包括防水防尘试验、耐电压试验、耐低温试验、电磁兼容试验、齿槽转矩测试、湿热试验、空载过速试验、温升试验及过载试验等。5.3.4 发电机外
42、壳或其支撑结构垂直轴风力发电机组的发电机外壳结构根据功能不同分为2种类型，如图3所示，第一种是发电机外壳承担支撑整个风轮和风载荷的功能;第二种是发电机外壳不承担支撑整个风轮和风载荷的功能，这种发电机轴为空心结构，风轮的轴穿越发电机轴与底部基座联接，则该基座(或支承结构)就作为支撑整个风轮和载荷的功能。若属于第一种就必须对发电机外壳(或支撑结构)进行必要的结构强度评估，以保证垂直轴风力发电机组的安全性。如发电机外壳承担支撑整个风轮重量和轴弯矩的功能，发电机外壳应在极端风速下，材料在弹性范围内工作，发电机外壳载荷应按轴载荷计算。如果发电机外壳不承担支撑整个风轮和轴弯矩的功能，则12 GB/T 29
43、494-2013 必有另一个部件替代发电机外壳承担支撑整个风轮的功能，则风力发电机组极限风速下，该部件应在材料弹性范围内工作。a) 垂直轴风力发电机组的发电机外壳承担支撑整个垂直凤轮和风载荷的功能b) 垂直轴凤力发电机组的发电机外壳不承担支撑整个凤轮和风载荷的功能图3垂直轴风力发电机组的发电机外壳结构示意图5.4 控制器及并同变流器性能试验5.4.1 总则风力发电机组厂商应要求控制器及并网变流器制造厂出具以下规定的相关试验报告，以符合系统要求。并网变流器性能试验属于风力发电机组控制、保护、功率调节的部分，应依据所设计风力发电机组控制特性进行试验，并网变流器性能需要符合相关法规要求。5.4.2
44、风力发电机组控制器及并网变流器的安全试验风力发电机组控制器及并网变流器安全试验分为:a) 风力发电机组控制器的安全试验，应依据4.2.4的d)电气系统保护功能，所定义的相关条件进行试验;当风力发电机组与电网断开后，控制器(若适用时)应能确保其减速并进入安全状态;b) 变流器的安全试验，建议参考IEC62103 :2003中相关规定进行试验。5.4.3 变流器电气性能试验5.4.3.1 电压限制变流器应能在电网额定电压-10%+10%的变化范围内正常运行。超出此范围时用户应与制造商协商，为安全起见可设定的电压参数应具有密码保护功能。5.4.3.2 频率限制电网频率范围z频率变化在额定频率的一5%
45、+3%范围内，变流器应在此范围内正常运行。超出此范围时用户应与制造商协商，为安全起见可设定的频率参数应具有密码保护功能。13 GB/T 29494-2013 5.4.3.3 防孤岛效应并网变流器应具有主动与被动防孤岛效应的保护功能。电网失效时，防孤岛效应保护应在2s内动作，建议参考国际认可的相关规范进行试验。5.4.3.4 直流电流分量在额定负载运行时，并网变流器向电网馈送的直流电流分量应小于其输出额定电流的0.5%。5.4.3.5 功率因数变流器的输出大于其额定输出的50%时，平均功率因数应不小于0.95(超前或滞后)。5.4.3.6 谐波失真(畸变变流器在额定运行条件下，风力发电机组的输出
46、电流谐波总失真(畸变)率应小于5%。5.4.4 凤力发电机组控制性能试验5.4.4.1 切人与切出风速时控制系统应具备准确判断切人与切出风速的同时确实做出启动/停机/卸除功能的相应动作。当风力发电机组控制系统不具备风速计时，风力发电机组的切人/切出的风速可经由商定或模拟推算，以风力发电机组电压或转速为判断依据，当风力发电机组到达切入电压(若判断依据为风力发电机组电压)的一10%十10%时，风力发电机组控制器应做出判断即进入发电状态;当风力发电机组到达切出电压(假设依据风力发电机组电压做为判断依据)的10%+10%时，风力发电机组控制器应做出判断同时也能够做出降低转速或停止风力发电机组转动的功能
47、。5.4.4.2 风力发电机组运转若达到最大转速时，控制系统应具备判断及卸除功能(例如:定速、减速或制动保护功能): a) 控制器的动作应能确保在控制风力发电机组的减速(卸除)与停止的过程中能够安全无虞，系统使用于卸载减速的负载功率大小，应依据风力发电机组实际的减速操作逻辑进行设计，考虑如发电机内阻、卸荷电阻阻值及减速过程中是否持续抽载以及减速负载效应等;b) 对于由额定风速至切出风速之间以近乎定速运转的风力发电机组而言，较保守的卸荷电阻功率大小应不小于风力发电机组切出风速和额定风速比值的立方数减1倍，而发电机亦应相对加大设计容量，以能够确保运作安全元虞。本项减速卸载功能应能在安全与功能试验及
48、/或评估中展现。风力发电机组系统须明确风力发电机组减速程序中所能承受的结构强度应大于风力发电机组关机过程中产生的惯量与离心力。5.4.4.3 风力发电机组运转达到最大风力发电机组电流、电压及功率时，控制系统应具备判断本标准中5.4.4.1和5.4.4.2所述异常状态同时也能够利用机械式或电磁式制动装置做出降低转速或停止风力发电机组运转的功能，确保风力发电机组与塔架整体结构皆处于安全状态。5.4.4.4 严苛风况状态发生时控制系统应能根据风力发电机组的结构特性，判断当严苛风况状态发生时(风速或风力发电机组转速的瞬间变化过大时，例如:5s内，风速变化迅速上升30m/吵，能同时利用机械式或电磁式制动装置做出长时间(超过1灿的停止风力发电机组转动功能，确保风力发电机组与塔架整体结构在严苛风况下处于安全或静止状态。5.4.4.5 控制系统应具备状态指示功能。6 外观防护垂直轴风力发电机组部件所有外露部分应有适当防护层。用在多风沙、低温区或近海盐雾区的风14 G/T 29494-2013 力发电机组，其防护层应考虑风沙、低温或盐雾的影响。
