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1风力机第一部分：设计要求1范围为保证风力机的工程完整性，IEC61400的这个部分详细说明了基本设计要求。其目的是制定一个恰当的保护等级，以防止机组在计划寿命期内受到损坏。本标准设计涉及到风力机的各子系统，如控制和保护机构，内部电气系统，机械系统及支撑结构。本标准适用于各种大小的风力机。对于小型风力机IEC61400-2可能适用。本标准应与第二部分提到的IEC和ISO标准结合使用。2引用标准下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而成为本标准的条文。凡是注日期的引用文件，只有被引用的版本适合本标准。凡是不注日期的引用文件，其昀新版本（包括任何的修订）适用于本标准。IEC60204-1:1997,Safetyofmachinery–Electricalequipmentofmachines–Part1:GeneralrequirementsIEC60204-11:2000,Safetyofmachinery–Electricalequipmentofmachines–Part11:RequirementsforHVequipmentforvoltagesabove1000Va.c.or1500Vd.c.andnotexceeding36kVIEC60364(allparts),ElectricalinstallationsofbuildingsIEC60721-2-1:1982,Classificationofenvironmentalconditions–Part2:Environmentalconditionsappearinginnature.TemperatureandhumidityIEC61000-6-1:1997,Electromagneticcompatibility(EMC)–Part6:Genericstandards–Section1:Immunityforresidential,commercialandlight-industrialenvironmentsIEC61000-6-2:1999,Electromagneticcompatibility(EMC)–Part6:Genericstandards–Section2:Immunityforindustrialenvironments15IEC61000-6-4:1997,Electromagneticcompatibility(EMC)–Part6:Genericstandards–Section4:EmissionstandardforindustrialenvironmentsIEC61024-1:1990,Protectionofstructuresagainstlightning–Part1:GeneralprinciplesIEC61312-1:1995,Protectionagainstlightningelectromagneticimpulse–Part1:GeneralprincipleIEC61400-21:2001,Windturbinegeneratorsystems–Part21:MeasurementandassessmentofpowerqualitycharacteristicsofgridconnectedwindturbinesIEC61400-24:2002,Windturbinegeneratorsystems–Part24:LightningprotectionISO76:1987,Rollingbearings–StaticloadratingsISO281:1990,Rollingbearings–Dynamicloadratingsandratinglife2ISO2394:1998,GeneralprinciplesonreliabilityforstructuresISO2533:1975,StandardAtmosphereISO4354:1997,WindactionsonstructuresISO6336(allparts),CalculationofloadcapacityofspurandhelicalgearsISO9001:2000,Qualitymanagementsystems–Requirements3术语和定义本标准采用下列定义。3.1年平均数量和持续时间足够充分的一组测量数据的平均值，供作估计期望值用。平均时间间隔应为整年，以便将不稳定因素如季节变化等平均在内。3.2年平均风速aveV按照年平均的定义确定的平均风速。3.3自动重合周期故障消除且电网重新接通后，断路器闭合需要的大约0.01s到数秒的一段时间。3.4锁定（风力机）利用机械销或其他不会意外松动的装置，而不是通常的机械制动盘，防止风轮或偏航机构运动。3.5制动器（风力机）能降低风轮转速或者停止风轮旋转的装置。注：制动器可以靠空气动力、机械或者电动力工作。3.6特征值不能达到的规定的概率值。(也就是)3.7复杂地形带风电场场地周围属地形显著变化的地带或有能引起气流畸变的障碍物地带。3.8控制功能(风力机)基于风力机信息和/或环境信息，控制和保护系统的功能是，调节风力机，使其保持在工作要求范围内。3.9切入风速inv在风速稳定时，风力机开始发电时，轮毂高度处的的昀低风速。3.10切出风速outv在风速稳定时,风力达到设计功率时，轮毂高度处的的昀高风速。3.11设计极限设计中采用的昀大值或昀小值。3.12潜伏故障正常工作中零部件或系统存在的未被发现的故障。3.13下风向主风方向3.14电网用于输送和分配电能的专用设备、变电所、电线电缆。3注：电网各组成部分之间的界限由适当的判别标准如地理位置，所有权归属，电压级别等来确定。3.15紧急关机（风力机）保护装置系统触发或人工干预下，使风力机迅速关机。3.16环境条件影响风力机性能的环境特征（风，海拔高度，温度，湿度等）。3.17外部条件（风力机）影响风力机工作的诸因素，包括环境条件（温度，雪，冰等）和电网条件。3.18极端风速T秒内平均昀高风速，它可能是特定周期（重现周期：N年）N年一遇。注：本标准的重现周期N=50年和N=1年，平均时间t=3s和t=10s。极端风速俗称“安全风速”。本标准中的极端风速是为了设计风力机的载荷状况。3.19失效—安全设计特性中的一项，为避免由故障引发产品严重破坏。3.20阵风风速的短暂变化。注：阵风可用上升时间、幅度和持续时间表达。3.21水平轴风力机风轮轴基本上平行于风向的风力机。3.22轮毂（风力机）将叶片或叶片组固定到转轴上的装置。3.23轮毂高度（风力机）hubz从地面到风轮扫掠面中心的高度。（见3.51，扫掠面）3.24空转（风力机）风力机缓慢旋转但不发电的状态。3.25湍流惯性负区风速湍流谱的频率区间，该区间内涡流达到均质后逐步破碎，其能量损失忽略不计。注：在典型的10m/s风速，惯性负区大致在0.2Hz~2kHz间。3.26极限状态载荷作用于结构上的一种状态，若超出此范围，结构就不再满足设计要求注：设计计算（极限状态的设计要求）的目的是使达到极限状态的可能性保持在某一规定值（见ISO2394）范围之内。3.27对数风切变律见3.623.28平均风速给定时间内瞬时风速的平均值，给定时间从几秒到数年不等。3.29机舱设在水平轴风力机塔架顶部，内装有传动和其他装置的机壳。3.30电网联接点（风力机）对单台风力机是输出电缆的终端，而对风电场是与电力汇集系统总线的联接点3.31网损不在风力机控制系统控制中的运转时间内的网络损失。3.32正常关机（风力机）4全过程都是在控制系统控制下进行的关机。3.33工作范围由风机设计者确定的支配控制系统和安全防护系统动作的诸多条件。3.34风力机停机根据风力机设计的不同，停机指的是风力机静止或是空转的状态。3.35电力汇集系统（风力机）汇集一台或多台风力机的电能的电力系统，包括所有的连接在风力机终端和电网联结点之间的所有电气设备。3.36风切变幂律（见3.62）3.37功率输出以特殊的方式，为达到特定的目的通过一种装置输出的功率。注：由风力发电机组输出的电功率。3.38保护功能控制和保护系统所具有的确保风力机在设计极限范围内运行的功能。3.39额定功率部件、装置或设备在规定的运行条件下能达到的功率，通常由制造厂给出。注：在正常运行条件下，风力机设计能达到的昀大连续电力输出。3.40额定风速rV风速稳定时，风力机达到额定功率输出时，轮毂高度处的昀小风速。3.41瑞利分布RP概率分布函数，见3.633.42参考风速refV用于确定风力机级别的基本风速参数。与气候有关的其他设计参数可以从参考风速和其他基本等级参数中的得到（参见第6部分）。注：对于参考风速为refV的某一级别的风力机，它在轮毂高度处承受的50年一遇10min的平均昀大风速，应小于或等于参考风速refV。3.43旋转采样风矢量旋转风轮上某固定点经受的风矢量。注：旋转采样风矢量湍流谱与正常湍流谱明显不同。风轮旋转时，叶片切入气流，流谱产生空间变化。昀终的湍流谱包括相当大一部分转动频率下的流谱变化和由此产生的谐量。3.44风轮转速（风力机）风力机风轮绕其轴的旋转速度。3.45粗糙长度oz在假定垂直风廓线随离地面高度按对数关系变化的情况下，平均风速为0时算出的高度。3.46定期维护按预定的日期进行的预防性维护。53.47场地数据风力机所在位置的环境、地震、土壤和电力网的数据。没有特殊规定的话，风数据都按10min的取样来统计。3.48静止风力机的停止状态。3.49支撑结构（风力机）由塔架和基础组成的风力机部分。3.50安全风速结构所能承受的昀大设计风速的俗称。注：本标准不采用这一术语。设计时参考极端风速（见3.18）3.51扫掠面积风轮叶尖旋转运动所作的圆在垂直于风速矢量平面的投影面积。3.52湍流强度I风速的标准偏差与平均风速的比率。用同一组测量数据和规定的周期进行计算。3.53湍流尺寸参数1Λ无量纲的纵向功率谱密度等于0.05时的波长。注：波长定义为1huboVfΛ=，其中20101()0.05fSfσ=3.54湍流标准偏差1σ轮毂高度处湍流风矢量垂直分量的标准偏差。3.55昀大极限状态通常指风力机处于能承受昀大载荷的极限状态。（ISO2394，修订）3.56不定期维修不是根据确定的时间表，而是根据对某一状态的迹象而确定的临时性维护。3.57上风向主风方向的相反方向。3.58垂直轴风力机风力轴垂直的风力机。3.59威布尔分布WP概率分布函数，见3.633.60风电场见3.613.61风电场由一批风力发电机组或风力发电机组群组成的电站。3.62风廓线—风切变律风速随离地面高度的数学表达式注：通常用（1）对数廓线（2）指数廓线()()00ln()()lnrrZZvZvZZZ=×(1)6()()rrZvZvZZα⎛⎞=×⎜⎟⎝⎠(2)式中：()vZ高度Z处的风速；Z离地面的高度；Zr用于拟合风廓线的离地面标准高度；Z0粗糙长度；α风切变指数（或幂）3.63风速分布用于描述时限内风速概率分布的函数。注：通常应用的函数是锐利分布函数()RoPv和威布尔分布函数()woPv()2()1exp2RooavePvVVπ⎡⎤=−−⎣⎦(3)()0()1-exp-kwoPvvC⎡⎤=⎣⎦11v22aveCkCkπ⎧⎫⎛⎞Γ+⎜⎟⎪⎪⎪⎪⎝⎠=⎨⎬⎪⎪=⎪⎪⎩⎭，如果(4)式中：0()Pv累积概率函数，也即0vv的概率；0v风速（极限）；avev风速的平均值；C威布尔分布函数的尺度参数；k威布尔分布函数的形状参数；Γ伽马函数C和k均由真值推算出。如果k=2，且C和vave满足(4)式k=2的条件，则瑞利分布函数和威布尔分布函数相同。分布函数表达的是风速小于0v的累积概率函数。如果估算1v到2v之间的分布，则式[]12()()PvPv−给出了1v与2v间的各风速对时间的分布函数。对分布函数求导就能得出相应的概率密度函数。73.64风切变风速在垂直于风向