最大风速变化特征及再现期极值估算
广西桂林风电场设计风速推算实例分析
广西桂林风电场设计风速推算实例分析利用桂林气象站经过一致性订正后的年最大风速资料，采用极值I型分布函数推算出桂林气象站50年一遇最大风速作为基本风速，根据风电场测风塔连续完整一年的实测最大风速资料，通过建立气象站与测风塔之间的相关关系，采用比值法将基本风速推算得出风电场各高度的设计风速。
结果表明：桂林气象站10m高度50年一遇最大风速为20.3m/s；桂林气象站与测风塔70m高度的最大风速的比值为1.536；测风塔50m、70m、80m高度50年一遇最大风速分别为30.0m/s、31.2m/s和31.6m/s；风电场近似轮毂高度（80m）标准空气密度下50年一遇最大风速为29.1m/s，建议风电场采用Ⅲ类风电机组。
标签：风电场；设计风速；极值I型；一致性订正前言风电场50年一遇最大风速作为风能资源评估中一个重要的设计参数，是决定风电机组极限载荷的关键指标，也是风电项目开发中机组选型和经济评估的关键指标之一[1-3]。
根据风能资源评估的要求[4]，需要在风电场场址处设立测风塔开展至少连续一年的现场观测。
由于测风塔观测的时间较短，需要结合附近具有代表性的气象站的长期观测资料来进行风资源分析。
目前，风电项目的评估大多数通过建立参证气象站与测风塔风速的相关性，由气象站历年最大风速序列作为基础，推算风电场50年一遇最大风速[5-8]。
随着全球气候变暖和城市化的加剧，气象站周边观测环境遭到了比较严重影响，对气象站历年最大风速序列进行一致性订正，能更好地反映该区域长年代风环境的变化特征。
文章以桂林地区某风电场为例，探讨了基于气象站长期观测资料一致性订正基础上，采用极值I型分布函数推算风电场50年一遇最大风速的方法，为风电场的最大风速设计提供参考。
1 资料与方法1.1 资料收集桂林地区某风电场内一座70m高测风塔2012年4月1日00：00（北京时，下同）～2013年3月30日23：50实测的逐日10min平均最大风速资料，测风塔海拔高度为1358m，测风塔在距地70m、50m、30m与10m高度层安装有风速仪，在70m、10m高度安装有风向仪。
大风天气特点及典型天气过程
32
⑷ 低压发展时的大风
低压发展加深时，低压区内往往有大 风出现，一四季都有，春季最多。
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东北大风
(2)气压梯度方向： 东北指向西南最有利；其次是由北指
向南；由西北指向东南时风最小。所以当 冷空气路径比效偏西时，起大风慢，甚至 没有大风；而当冷空气东移入海时，沿海 反而出现大风。中路冷空气全省沿海风都 大，东路冷空气，主要是中北部沿海风大。
57
东北大风
(3)变压梯度的作用： 根据计算，如果不考虑地形摩擦影响，
雷暴大风
• 雷雨大风常出现在强烈冷锋前面的雷暴
高压中。雷暴高压是存在于雷暴区附近地 面气压场的一个很小的局部高压，雷暴高 压中心温度比四周低，下沉气流极为明显， 雷暴高压前部为暖区，暖区有上升气流， 就在这个下沉气流与上升气流之间，存在 着一条狭窄的风向切变带，其为雷雨大风 发生处，它过境时带来极强烈的暴风雨。
（3）福建的大风有很强的季节性。就频数而言， 冬季明显多于夏季；就风力强度而言，夏季大于 冬季，特强大风主要出现于夏秋季节。
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福建地区大风天气
• 大风类型与天气系统
福建的大风多数起因于温带系统，少 数归于热带系统。 并与特定的地理位置有 密切关系，成因大致可分四类：
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（1）冷空气南下引起的东北或偏北大风：常见 的天气过程形势有低槽冷锋过境后、冷空气扩散 南下、高压入海、气旋、冷高与台风结合五种。
• 高压西部有倒 槽发展东移。
基本风速和基本风压
一般按 不得小于
确定的风压值，但
对 于 特 别 重 要0和.2有 特k5殊N /要m 求2的 高 层
建筑和高层结构，应乘以1.2
－－设计最大风速
－－保证系数x
x
x
de
基于上述六个条件，我国建筑结构
荷载规范规定，基本风压系以当地
比较空旷平坦地面、离地10m高，
统计所得30年一遇10分钟平均最大
风速
为标准。
v(m/s)
对于高层建筑和高耸结构，上述的
风压应乘以1.1
w v2 0 1600
对于其他重要结构，其基本风压值 也可酌情提高
T0
I
六、最大风速的概率或概率密度
曲线（线
P I e x e p x ( x p 采) 用极值
型）
1.28255
型 分布曲线x，它
的概
率分布函数为：x 0.45005x
x x
de
x
该 的 图 关 为 系设6计0.值5与7平均7 值l2 n及(根2 ln方P 0差)
－－平均值
－－根方差
二、标准地貌的规定
四、最大风速的样本
取年最大风速为统计样本，即每 年以一最大风速记录值为一个样 本
三、平均风速的时距
取平均风速时距为10分钟 （风的卓越周期约在1分钟）
P 0
最大风速的重 现期
1
T 0
T 0
P 1 1
0
T
0
T 0
设重现期为 年，则 为超过设计 最大风速的概率，因此不超过该设计 最大风速的概率或保证率 应为： 我国荷载规范规定：对一般结构，重 现期为 30 年，对于高层建筑和高耸 结构，重现期取50 年，对于特别重 要和有特殊要求的高层建筑和高耸结 构，重现期可取100年。重现期为 年通常俗称为 年一遇。
架空输电线路基本风速的确定
架空输电线路基本风速的确定风荷载是考虑杆塔和导线强度的基本条件。
基本风速的⼤⼩决定了⼤风⼯况下架空输电线路导地线以及杆塔所承受荷裁的⼤⼩,直接影响杆塔及其基础的材料消耗量,最终影响输电线路⼯程造价。
国家电⽹公司输电线路通⽤设计(2011年版)将基本风速进⾏了细分, 即有23.5、25、27、29、31、33、35m/s等7种之多(500千伏线路起点为27m/s),平均2m/s⼀档。
这就要求设计时严格遵守有关规程、规范、准确计算进⽽确定架空输电线路的基本风速。
⼀、基本风速和最⼤风速1.1、基本风速基本风速: ⼜称参考风速、标准风速。
空旷平坦地⾯或海⾯以上规定标准⾼度处的规定时距和重现期的年平均最⼤风速。
结构物抗风设计的基准风速。
可由现场实测风速资料推算或利⽤⽓象站风速观测资料进⾏统计分析得出。
多数国家采⽤10m为标准⾼度，10min 为标准时距，重现期则依结构物及其重要性不同取为30～150年不等。
根据⽓象台、站在当地空旷平坦地⾯上10m ⾼处观测到的10min平均风速资料，通过极值分析得出的相应于规定平均重现期(30年、50年或100年)的风速基准值。
线路设计规范中对基本风速的定义：按当地空旷平坦地⾯上10m⾼度处10min时距,平均的年最⼤风速观测数据,经概率统计得出 30～100年⼀遇最⼤值后确定的风速。
本风速重现期应符合下列规定:1）、66kV及以下输电线路重现期应取30年。
2）、110kV~330kV输电线路重现期应取30年。
3）、750kV、500kV输电线路重现期应取50年。
4）、1000kV输电线路重现期应取100年。
统计风速样本的基准⾼度,统⼀取离地⾯(或⽔⾯)10m,保持与«建筑结构荷载规范»GB50009⼀致,可简化资料换算及便于与其他⾏业⽐较。
1.2、最⼤风速最⼤风速:是指给定时段内的10分钟平均风速的最⼤值。
极⼤风速是指给定时段内的瞬时风速的最⼤值。
⽐如挑取⼀天最⼤风速就是在这⼀天内任意的10分钟平均值的最⼤者为⽇最⼤风速；⼀天的极⼤风速就在这⼀天内瞬时（⼀般是指1s）风速的最⼤值。
孟津县历史极大风速推算及其气候特征分析
（ ． 阳市 气 象 局 ， 南 洛 阳 ４ １０ ； ． 国 民航 飞行 学 院洛 阳分 院 ， 南 洛 阳 ４ １０ ； ． 津县 气 象 局 ， 南 孟 津 ４ １０ ） １洛 河 ７００ ２ 中 河 ７００ ３孟 河 ７ １０
器变 更 、 站变 动等 ， 迁 导致 风 观测 资料前 后一致 性 较 差 。９ ９ ９ ２ ｌ５ —１８ 年期 问 只 有每 天０ 、４、０ ８ １ ２ 时３ 时 次 个 的定 时 人 工 观 测２ ｒ ｎ平 均 风 速 ， 大风 天 气 时 只 ｉ ａ 遇 记 录大风 天气 现象 ， 对最 大风 速值 无记 录 ， 日最 大 故 风速 只能 从３ 定 时 观 测 记 录 中挑 取 ；９ ３ １ 次 １８ 年 月一
风速 ；９ ２年 ３月 开始 有极 大 风 向 风速 记 录 。为 了 １９ 便 于更好 地分 析应 用 资 料 ， １列 出孟 津县 的风 观 表 测 资料变 动情 况 。 通过分析风 观测资料 ， 最终 统计 出 了１５ 年 １ ９ ９ 月一 １ ８ 年１ 月 期 间逐 月 的２ ｒ ｎ平均 最大 风速 ，９ ３ ９２ ２ ｉ ａ １ ８ 年 １ －１９ 年 ２月 逐月 的 １ ｉ 均 最 大风 速 以及 月－ ９ ２ ０ ｒ ｎ平 ａ
摘 要 ：利 用 孟 津 县２ ０ －２ ０ 年 自动 气 象 站 风 资 料 建 立 由２ ｒ ｎ平 均 风 速 、 ｉ ０６ ０８ ｉ ａ １ ｒ ｎ平均 风速 推 算极 大风 速 的拟 ０ａ 合 方程 ， 根据 方程 由孟 津县 气象 观测 站１５ －１８ 年２ ｒ ｎ定 时风速 和１８ －１９ 年２ ｉ ９９ ９２ ｉ ａ ９３ ９２ Ａ １ ｒ ｎ平均 风 速 ， 算 出极 大风 速 ， ０ａ 推
风电场50年一遇大风
风电场50年一遇大风“我们钻进了风里。
我听不到什么声音，只感到有两个大巴掌在使劲扇着耳门子，鼓膜嗡嗡地响。
风托着我的肚子，像要把我扔出去。
堤下的庄稼像接到命令的士兵，一齐倒伏下去。
河里的水飞起来，红翅膀的鲤鱼像一道道闪电在空中飞。
”莫言大师《大风》小说中独特的主观感觉和神奇般的油画色彩让我们对大风有了新的认识。
对风电场而言，50年一遇最大风速是风能资源的一个重要参数，它关系到风电场风机的选型，关系到风机未来运行20年中遭遇极端风速的情况下，风机的安全运行性能。
图1. IEC61400-2005风电机组等级表风电场所处的地理位置不同，决定了风电场的风能特性不同。
确定风电场50年一遇最大风速，是风电场风能资源评价的重要环节。
现阶段，都有哪些方法计算50年一遇最大风速呢？1. 气象站50年一遇最大风速方法1：极值I型公式（规范方法）根据气象站历年最大风速计算出气象站50年一遇最大风速。
方法2：根据建筑荷载规范中的风压值及风压公式推算。
图2.全国基本风压分布图2. 测风塔50年一遇最大风速方法1：将气象站与测风塔某一高度风速从大到小排序后，选择适当数量的大风样本进行相关性分析，通常选择最大的500、1000项或者气象站风速大于8m/s、10m/s的风速系列，根据气象站50年一遇最大风速及相关方程推算出该高度的50年一遇最大风速。
方法2：将气象站与测风塔某一高度日最大风速，共365或366组样本，做相关性分析，根据气象站50年一遇最大风速及相关方程推算出该高度的50年一遇最大风速。
方法3：七日最大法，即利用测风塔10min数据，筛选出七日中的最大风速，再根据极值I型公式计算出50年一遇最大风速。
方法4：欧洲标准II：在中纬度地区，威布尔分布1.65 < k < 2时，50年一遇10min最大风速是年平均风速的5倍。
方法5：利用大风切变推算测风塔各高度50年一遇最大风速。
3. 最后将50年一遇最大风速换算到标准空气密度下。
风电场50年一遇最大风速计算方法分析
Hale Waihona Puke 红 水河 Ｈｏ ｇ ｈ ｉ ｖ ｎ Ｓ ｕ ｅ． Ｒｉ
Ｖｏ ． ０， １３ Ｎｏ． ２
Ａｐ ．０ １ ｒ２ １
风 电场 ５ 年一遇最大风速计算方法分析 Ｏ
廖 小青 ， 谢秋 菊
（ 广西电力工业勘察设计研究院 ， 广西 摘 南宁 ５０２） ３０ ３
为：
风压就是垂直于气流方向的平面所受到的风的 压力 。根据伯努 利 方 程 得 出 的风 压关 系 ， 风压 公 式 为：
Ｗｐ＝ ０ ５×Ｉ ． Ｄ× 式 中 硼。 — 风 压 ， ｍ ； — Ｎ／ ２ （） ８
Ｆ（ ｘ）＝ ｅｐ 一ｅｐ 一Ｇ ｚ 一 ） ｝ （） ｘ ｛ ｘ ［ （ ］ ２ 式 中 — — 分 布 的位 置参 数 ， 即分 布 的众 值 ；
最大风 速与气象 站 最 大风 速 的相 关方 程 ， 以 由气 可
在满 足 ２ ２条件 时 ， 电场 待 延长 最 大 风速 Ｙ ． 风
与参照气 象站最 大风速 之 间将构 成 以下关 系 ：
Ｚ
象站长期 最大风 速 序列 ， 导 风 电场 多 年最 大风 速 推 序列 。
２ １ 风 电场风 能资 源测量 ．
利用相关 比值法进行风速序列延长时， 宜按季 节或风向进行分类订正。
作者简介 ： 廖小青（９ ９ 女 ， １７ 一） 江西宁都人 ， 工程师， 硕士 ， 主要从 事水能动力和风能动 力设计 ， — ａ ： ｑ ｕ ￣ １ ． 。 Ｅ ｍ ｉ ｌ ｏｅ ２ ｅ ∞ｍ ｌｘ （ ｎ
２ ２
廖小青 ， 谢秋菊 ： 电场 ５ 风 ０年一遇最大风速计算方法分析
２ ２ 参照气 象站 的选定 ．
风资源评估中几个重要参数及其定义
风资源评估中几个重要参数及其定义
计鹏新能源
关键词: 风电场风切变指数风速
空气相对于地球某一固定地点的运动速率，风速的常用单位是m/s 。
平均风速：一定时段内，数次观测的风速的平均值。
一般表达方式为[m/s]。
瞬时风速：某时刻空间某点上的真实风速，由平均风速和脉动风速组成。
风切变：风速随高度的变化规律称之为风切变，在大气边界层中，风速随高度发生变化，其变化规律称为风速廓线，一般以对数或幂指数方程形式表现，其指数α就是风切变指数。
湍流强度：反映脉动风速的相对强度，是衡量风稳定性的重要指标。
其计算公式如下，是脉动风速的均方差与平均风速的比值。
风能：空气运动的动能
风功率密度：单位面积时，风能具有的功率(W/m2)，计算公式如下：
风向：指风的方向，通常用16个方位来表示风向。
按照月或者年统计风向变化的平均值，可以绘制出风向玫瑰图。
50年一遇最大风速：风电场在设计时，从安全性和经济性综合考虑，要合理确定一个设计最大风速，这个值是要间隔相当时期才会出现的(间隔的时期为重现期)，根据全国风能资源评价技术规定，风电场设计的重现期为50年，即50年一遇最大风速。
代表年风资源数据：根据风电场附近气象站等长期测站观测数据，用相关分析的方法将验证后的风电场测风数据订正为一套反映风电场长期平均水平的代表性数据，即风电场代表年的逐小时风速风向数据。
原标题:风资源评估中几个重要参数及其定义。
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２１ ０ ０年 ６月
气
象
科
技
Ｖｏ． １ ３８， Ｎｏ． ３
Ｍ ＥＴＥＯＲＯＬＯＧＩ ＣＡ Ｌ ＣＩ Ｓ ＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｊｎ ００ ｕ ．２ １
最 大 风 速 变 化特 征 及 再 现 期极 值 估 算
鹿 翠 华
（ 山东 省 枣 庄 市 气 象 局 ， 庄 ２ ７ ０ ） 枣 ７ ８ ０
摘要
利 用 枣 庄 市 １７ ￣ ２ ０ ９ １ ０ ８年 各 月 １ ｎ最 大风 速 资 料 ， 枣 庄 最 大 风 速 统 计 分 析 。发 现 ３ ０ｍｉ 对 ８年 中 枣 庄 春 季 、
夏 季 、 季 、 季 和 全 年 的最 大 风 速 都 呈 下 降 趋 势 ， 秋 冬 年最 大 风 速 以 每 １ ０年 １４ ｓ 幅度 下 降 ， 季 下 降 最 快 ， ． ７ｍ／ 的 冬 达 到每 １ Ｏ年 降 低 １ ６ ｓ 夏 季 、 季 降低 幅度 很 接 近 ， 小 于 年 平 均 最 大 风 速 降 幅 ， 季 最 大 风 速 下 降 最 慢 ， 最 ． ７ｍ／ ， 秋 都 春 且
进行 了估算 。
均 最 大 风 速 为 １ ． ｓ 比 ３ ２ ３ｍ／ ， ８年 平 均 最 大 风 速
小 １ ９ｍ／ ， １ ７ ～ １ ９ ． ｓ 比 １ １年 的 偏 大 阶 段 平 均 最 ９ ９ 大 风 速 小 ３ ３ ｍ／ 。 ３ 年 中 最 大 风 速 极 大 值 为 ． ｓ ８
风 向频率 分 布可能 原 因做 了天气 系统 分 析 ； 用耿 利
贝 尔 分 布 函数 估 算 最 大 风 速 各 个 再 现 期 的 极 值 。
２ 最 大 风 速 年 季 变 化 趋 势 分 析
风速分 布特 征 ， 并估 算 出不 同再 现期 内可 能 出 现 的
最 大风 速 ， 有 一 定 的 现 实 意 义 。庞 文 宝 等 ［ 用 具 ３ Ｐ ［型 和极 值 工型 分 布 曲线 计算 最 大 风速 ， 以满 一１ Ｉ 可 足 设计部 门对最 大风 速 的要 求 。张强 等［ 计 算 出京 ４
风 速 的 风 向 频 率 进 行 了 统 计 分 析 ， 对 最 大 风 速 的 并
特 别是最 大风 速的分 布变 化 。风也 引起越 来越 多 的 气象 学者 的关 注 ， 兰 ］刘 伟东 ＿ 等基 于不 同地 区 李 、 ２ 的大风灾 害 的评 估 ， 风 灾影 响度 和 灾情 进 行 了等 对 级划 分 。风 也是 生产 建设规 划与设 计 中必须 慎重 考 虑 的气象要 素 ， 在各项 工程设 计上 ， 须 了解 这些 建 必 筑物 和装置 在使用 期 内可 能 遇 到 的风 速 极值 ， 即要 求提供 不 同重现期 的最 大风 速值 。正确 分析年 最 大
风速偏大 阶段 。最大风速最 小值为 １． ｓ 出现在 Ｏ ４ｍ／ ，
资料） 月 １ ｎ最 大风 速 资 料 ， 立 春 季 、 季 、 逐 ０ｍｉ 建 夏
作 者简 介 ： 翠 华 ， ， ９ ０年生 ， 士 ， 要 从 事 短 期 天 气预 报 工 作 ， ｍａｌｃ ｉｕ ｌ＠ １ ６ ｃ ｒ 鹿 女 １７ 硕 主 Ｅ ｉ ｕｈ ａｕ ２ ． ｏ ： ｎ
从 图 １可 见 ，枣 庄 年 最 大 风 速 总 体 呈 下 降 趋
势 。通 过 计 算 可 知 枣 庄 ３ ８年 最 大 风 速 平 均 值 为
１ ． ｓ ４ ２ｍ／ 。按 照 最 大 风 速 距 平 符 号 分 布 相 对 一 致 的原 则 ， 庄 ３ 枣 ８年 最 大 风 速 明 显 分 为 大 、 两 小 个 阶段 ， ７ ～ １ ９ １ １ １年 为 偏 大 阶段 ， 时 段 平 均 ９ ９ 该 最 大 风 速 为 １ ． ｓ 比 ３ ６ ｍ／ ， ５ ８年 平 均 最 大 风 速 大 １ ４ｍ／ ； ９ ２ ２ ０ ． ｓ １ ９ ～ ０ ８年 为 偏 小 阶 段 ， 时 段 平 该
和倾 向率 ， 研究 各 序 列 的线 性 倾 向趋 势 和变 化 幅 来
度 ， 对趋 势系数 进行 统计 检验 ； 并 用柯 尔莫 哥洛 夫方 法对耿 贝尔 分布 函 数进 行 拟 合 优 度 的检 验 ， 显 著 其 水 平达 到 ０ ０ ， 分 ４个 方 位 和 １ ．５ 可 ６个 方 位 对 最 大
大风 速 极 值 主 要 出现 在 春 季 。枣 庄 各 月 最 大 风 速 变 化 曲 线 呈 递 减 的 “ 峰 两 谷 ” 。 用 柯 尔 莫 哥 洛 夫 方 法 对 耿 贝 两 形
尔分 布 函数 进 行 拟 合 优 度 的检 验 ， 显著 水 平 达 到 ０ ０ ， 此 利 用 耿 贝 尔 分 布 函 数 估 算 出 枣 庄 未 来 若 干 年 的 最 大 其 ．５因 风 速 极 值 ， 满 足 生产 建 设 规 划 与设 计 中对 最 大 风 速 极 值 的要 求 。 以
关键 词 最 大 风 速 再现期 耿 贝 尔 分 布 函数
引 言
秋季 、 冬季 和全 年的最 大风 速 时间序 列 ， 析其 变化 分
特征 ； 对资 料进行 标 准化处 理后 ， 引入 气候 趋势 系数
风是 最重 要 的气 象要 素之 一 。随着城 市发 展 ， 们 更 重视 风 速 、 风 人
沪 铁路沿 线各 站多 年 一 遇 的极 大 风 速值 ， 为京 沪高 速铁 路设 计提供 科学 的气象 参数 。本 文利用 枣庄 近
４ ０年 的各月 １ ｎ最 大 风 速 序 列 ， 统 分 析 枣’ ０ｍｉ 系 庄 最大 风速 ， 对若 干 年 后不 同重 现 期 最 大风 速 极 值 并
１ 资 料及计 算方 法 选 取枣庄 市 １ ７ ～ ２ ０ ９ １ ０ ８年 （ 东省 ３ 山 Ｏ年 整 编
１ ． ｓ 出现在 １８ ８ ３ｍ／ ， ９ ３年 ３ ， 大值 为 １． ｓ 月 次 ８ ０ｍ／ ，
出现在 １ ７ 年 １月 。最大值 和次大值 都 出现 在最大 ９２