风能发电系统 基于安装在测风塔、机舱和整流罩上的风杯风速仪与超声波风速仪的风测量

1GB/TXXXX-XXXX/IEC61400-50-1:2022风能发电系统基于安装在测风塔、机舱和导流罩上的测风设备的风测量IEC61400-50系列规定了使用仪器测量风速（以及相关的参数，如风向和湍流强度）的方法和要求。对于在IEC61400系列中由其它标准描述的风能和风力发电机组技术（如资源评估和风力发电机组特性测试），要求把这些测量值作为一些评估和测试程序的输入。本文档专门适用于安装在测风塔、风力发电机组机舱或风力发电机组导流罩上的测风仪器的使用，它们在安装仪器的位置处测风。本文档排除在远离的安装仪器（如垂直廓线或面向前方的激光雷达）地点的某处测风的遥感设备。本文件具体说明如下：a)杯式风速计和超声波风速计的分级参数，使得对于暴露在某个等级的环境条件中的特定类型和型号的风速计，能够评估其风速测量中的不确定度；b)杯式风速计和超声波风速计进行分级的程序和要求，例如，分级是某个特定型号和类型风速计型式试验的一部分；c)风速计风洞校准的程序和要求；d)通过执行与其它风速计的现场比对，检查在现场的一个风速计的校准的一致性的一种附加的或可选的方法；e)在测风塔上安装风速计和其它仪器的要求；f)风速测量不确定度的评估；g)报告要求。2规范性引用文件下列文件中的内容，通过文中的引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；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。ISO2533:1975标准大气（Standardatmosphere）ISO3966封闭管道中液体流量的测量-用皮托静压管的速度面积法（Measurementoffluidflowinclosedconduits—VelocityareamethodusingPitotstatictube）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[Uncertaintyofmeasurement—Part3:Guidetotheexpressionofuncertaintyinmeasurement(GUM:1995)]注：GB/T27418—2017测量不确定度评定和表示（ISO/IECGuide98-3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1准确度accuracy被测量（物）的测量值与真实值的接近程度。2GB/TXXXX-XXXX/IEC61400-50-1:20223.2数据组dataset在连续时段内采集的数据组。3.3距离常数distantconstant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。3.4气流畸变flowdistortion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。3.5轮毂高度hubheight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毅高度定义为3.6测量周期measurementperiod用例中收集具有统计意义的重要数据的时间段。3.7测量扇区measurementsector获取用例所需数据的风向扇区。3.8障碍物obstacle阻挡风流动，产生气流畸变的固定物体。3.9功率特性powerperformance风力发电机组发电能力的度量。3.10标准不确定度standarduncertainty用标准偏差表示的测量结果不确定度。3.11测风设备windmeasurementequipment测风塔安装的仪器或遥感设备。3.12风切变windshear风速随高度的变化。3.13风切变指数windshearexponentα风速随高度变化的幂指数。注:此参数作为场地标定时风切变大小的量度，也可能有其他用途。幂方程为式（1）:3GB/TXXXX-XXXX/IEC61400-50-1:2022=vh×α……式中：vh——轮毂高度风速（m/s）；H——轮毂高度单位米（mvzi——高度zi处的风速（m/s）；α——风切变指数。4符号、单位和缩略语4.1下列符号和单位适用于本文件。A风轮扫掠面积2]B大气压B10min测量气压的10min平均Ch皮托管压头系数CQA广义的气动扭矩系数CT推力系数c参数的（偏微分）灵敏度系数cB，i第i个区间的气压灵敏度系数cd，i第i个区间的数据采集系统灵敏度系数cindex索引参数的灵敏度系数ck，i第i个区间的第k个分量的灵敏度系数cT，i第i个区间的温度灵敏度系数cV，i第i个区间的风速灵敏度系数第i个区间的空气密度校正灵敏度系数3/kg]d测风塔直径e离心率F(V)风速的瑞利累积概率分布函数Fα,Y(Fα,Y(α,Y,Uf(kb,ki,kp,vp,…)由于风速计包括其安装管与风洞气流之间的干扰而使用的修正函数H风力发电机组轮毂高度h障碍物高度I杯式风速计转子的转动惯性2]KB，t气压计灵敏度KB，s气压计增益KB，d气压计采样转换KT，t温度变送器灵敏度KT，s温度变送器增益KT，d温度变送器采样转换Kp，t压力传感器灵敏度4GB/TXXXX-XXXX/IECKp，sKp，dkkbkckfki61400-50-1:2022压力传感器增益压力传感器采样转换分级值阻塞校正系数风洞校准系数其他风洞的风洞校正系数（仅用于不确定度评估）由于风速计（包括安装管）与测试截面围护之间的干扰，也包括由于延伸透过围护的安装管引起的气流效应而带来的校正系数kn风速计样本编号n的分级数（n=1，ⅆ,5或更大）kp由于由风速计（包括安装管）对由皮托管测量的速率干扰而引起的校正因子kp空气密度的湿度校正Lm测风塔桁架相邻支架间距离L风力发电机组与测风设备之间的距离M每个区间内的不确定度分量个数MAA类不确定度分量个数MBB类不确定度分量个数mVcontrol与Vprimary_est的回归相关的斜率mV1和V2之间的回归的斜率N区间个数Nh一年的小时数，约8760hNi风速区间i内10min数据组个数Nj风向区间j内的10min数据组个数n采样间隔内采样数nh可用的测量高度个数Pw蒸气压力p轴向跳动偏差QA气动扭矩QF摩擦转矩R风轮半径ra角度测量的有效半径R0干燥空气的气体常数（287.05）Rd到测风塔中心的距离Rw水蒸气的气体常数（461.5）REWS风轮等效风速RSD遥感设备r相关系数sA类不确定度分量sA风洞风速时间序列的A类标准不确定度sk，i第i个区间内分量k的A类标准不确定度si第i个区间内合成标准不确定度S测风塔实度T绝对温度TI湍流强度·T10min测量绝对温度的10min平均值tU风速5UdqUiUjqnicUsonicUUuuB，iuciudVS，iuiuindexuk，iuM，cc，iuV，iuVHWiuVM，iuVSclassiuVS，lgtuVS，mnt，iuVS，precal，iuVSuv2，iu(t)ΔuVVaventrolVcontrolVcontrol，iVVcoVnnVnVimaiVprimary_estVV1V2 v v vpveqWDWME61400-50-1:202261400-50-1:2022中心风速偏差值等效水平风速第i个区间内的风速第j个区间内的风速超声波风速计临界风速风速矢量B类标准不确定度分量第i个区间内气压的B第i个区间内的功率的合成标准不确定度风速信号的数据采集的不确定度分量第i个区间内的合成的B类不确定度索引参数的B类标准不确定度第i个区间内的分量k的B类标准不确定度在寒冷气候中测量结果对风速计分级的影响第i个区间内的风速的B类标准不确定度uVS，i、uVR，i、或uREWS，i中的一个所用硬件的不确定度与应用的方法相关的不确定度与传感器的分级相关的不确定度与来自避雷针的气流畸变相关的不确定度与传感器的安装相关的不确定度与预校准相关的不确定度与后校准相关的不确定度风速不确定度评估使用普通校准函数在时间t处由杯式风速计测量的风速风洞风速阶跃响应测量开始时的t0时刻，风洞风速与杯式风速计指示风速的差值轮毂高度的年平均风速[m/s]参考风速计的风速第i个区间内的参考风速计的风速第i个区间规格化平均风速[m/s]规格化风速[m/s]第i个区间内数据组j的规格化风速[m/s]第i个区间内的主风速计的风速估计的主风速计风速测量风速的10min平均值[m/s]来自传感器1的风速来自第2个传感器的风速风速横向分量[m/s]平均气流风速[m/s]参考位置处的平均风速测量等效风速[m/s]风向测风设备6GB/TXXXX-XXXX/IEC61400-50-1:2022w风速垂直分量wi确定偏差包络的加权函数α幂律风切变指数α皮托静态管头系数α待测角度（校准值）αCL风洞中心线αDigital数字输出信号引起的不确定度αdir气流方向确定中的不确定度αincl.1旋转轴线夹角的影响αitem安装风向传感器引起的不确定度αincl.2风向传感器位置不正引起的不确定度αsensor参考偏航传感器校准中的不确定度αset使用风向传感器的指北标记对齐中心线αΩ风向传感器欧姆阻抗确定引起的不确定度εi影响参数组合i以m/s为单位的偏差εmax，i风速范围内任意风速区间的最大偏差[m/s]θ干扰扇区[˚]κ卡尔曼常数0.4λ叶尖速比λ0CQA=0时的叶尖速比ρ空气密度[kg/m3]τ为阶跃响应而确定的时间常数（下方的阶跃响应记low，上方的阶跃响应记作τhigh）ρ0标准空气密度[kg/m3]ρ10min空气密度的10min平均值[kg/m3]σP，i第i个区间内中标准化功率数据的标准偏差[W]σ10min参数10min平均的标准偏差σu/σv/σw纵向/横向/垂直风速的标准偏差Φ相对湿度（范围从0%～100%）ω角速度[s-1]Δpref平均微分压力5概述本文件定义了使用安装在测风塔、被测风力发电机组机舱（附录C）以及导流罩（附录D）上的风速计（杯式和超声波式）等仪器实行测风的方法和要求，并且对校准、分级和安装的要求进行了描述。根据本文件进行的风测量可用于风能领域的许多方面，如IEC61400系列其他标准中所述的功率特性测量、场地评估、载荷测量、噪声测量。应参考与风测量预期用例相关的特定标准，以了解限制和附加信息要求，如功率特性测量时测量高度相对于风电机组轮毂中心高度。对于使用地基式遥感设备（如激光雷达和声雷达）实行的测风，参考IEC61400-50-2[1]。尽管本文件中定义的测风主要与风速测量相关，但在附录A中提供了定义风向传感器校准的程序示例。6杯式风速计和超声波风速计分级6.1概述7GB/TXXXX-XXXX/IEC61400-50-1:2022杯式风速计和超声波风速计是可被广泛用于风能相关测量的测风仪器。为了传递可追踪性，风速计应根据第8章要求在风洞中进行校准。风洞中校准是需要在具有平稳且低湍流的可控环境条件下进行。然而在现场测量和运行期间，这些仪器所承受的湍流和环境条件可能会明显偏离于风洞的校准条件。现场条件可能会对仪器特性产生显著影响，并导致仪器的输出偏离风洞校准值。如果确定了现场运行过程中影响参数的范围，就可以分析系统偏差并将仪器输出的偏差纳入分级方案。杯式风速计测量已知的影响参数有湍流、气温、空气密度和平均入流角。超声波风速计测量已知的影响参数有风向、入流角和气温。这些影响参数应在分级中予以考虑。其他环境参数也有可能影响测量仪器。如果已知这些影响参数会带来系统偏差，则应分析其影响并将其纳入分级方案中。此外，还应评估所有影响参数的综合效应。由于影响参数引起的系统偏差应根据第7章中描述的程序进行分析，从而确定风速计类型的分级规范。应至少对某个风速计类型的五个样品进行评估。风速计类型改变可能影响输出结果，因此需要对风速计重新进行评估。当风速计的几何形状、测量原理、用于计算输出的软件算法、软件设置或支撑结构几何形状发生变化时，需要对其重新进行评估。该分级方法只考虑传感器正常工作状态，不考虑如磨损、故障或结冰状态。6.2分级级别风速计的级别依用途分为五级。A、B、C和D这四级基于预先定义好的地形和气候范围（见表1A级和C级应用的地形应同时符合IEC61400-12-5中要求、以及IEC61400-12-3中的A类地形要求。B级和D级则用于不满足IEC61400-12-5中要求的地形。B级和D级可用于在IEC61400-12-3中的B类地形。如果测量期间能够获得影响参数的范围信息，那么就可使用S级。S级是一个特殊的级别，其影响参数范围可由用户定义，参见表1。这能适用于一些特殊的气候，例如寒冷的气候条件。如果影响因素的范围在测量过程中被确定，S级还能用于该测量活动的不确定度估计。参见IEC61400-12-3，S级可用于A类B和C类地形的测量。如11.3.4所列，在确定风速运行特性的不确定度时，应使用分级数k。IEC61400-12-5提供了地形评估方法，以评估地形造成的气流畸变是否显著。对于杯式风速计和超声波风速计的分级，此地形评估支撑了A、B、C和D四级分级的定义。A级：与满足IEC61400-12-5要求的地形以及与该类地形的一般影响参数范围有关。B级：与不满足IEC61400-12-5要求的地形相关联以及该类地形的一般影响参数范围有关。C级：与A级相同，但温度降至-20℃。D级：与B级相同，但温度降至-20℃。对于偏离A级至D级的地形或气候，可以指定S级气候。S级：与偏离A、B、C或D级的条件是相关的。在此等级中，用户定义影响参数的范围。这可能基于特殊的或用户定义的地形或气候条件。6.3影响参数范围表1列出了杯式和超声波风速计分级的最小影响参数范围要求。6.4杯式和超声波风速计的分级风速计的分级是由校准值(根据第8章校准)的系统偏差数值确定的，其中系统偏差则由在影响参数范围内变化的值来确定。对于超声波风速计和定向敏感杯式风速计，应为这类仪器定义一个参考方向用于第8章中的校准。对于与每个参数的最小和最大值之间相关的所有数据，应推导出其系统偏差。风速计样本数n的分级号kn应被确定为风洞校准值的最大系统偏差，并以风速函数加权εiεwnεwn式中：……8GB/TXXXX-XXXX/IEC61400-50-1:2022kn——风速计样本数n的级数（n＝1，…，5或更多）；wi——定义偏差包络的加权函数，单位为米每秒（m/s），参见式（3）；8i——对于影响参数组合i的偏差，单位为米每秒（m/s）。加权函数wi平均计算绝对偏差和相对偏差影响：wi=5ms+0.5×Ui……(3)式中：i——影响参数组合i的风速，单位为米每秒（m/s）。表1等级A、B、C、D和S的影响参数范围（10min平均值）义空气密度。可以通过在测风塔上安装双向风向标或三c.一种湍流长度尺度为350m的、非各向同性的Kaimal湍流谱d.如果杯式风速计对方向敏感（应至少对一个），对于正在进行分级试验的五个风速计样本，级数是由k值的平均值加上幅值的一半除以·，假设符合矩形分布（见式(4)）。3……9GB/TXXXX-XXXX/IEC61400-50-1:2022特定类的分级是由kA、kB或kS表示的，例如1.7A或2.5S。杯式风速计或超声波风速计的运行特性标准不确定度（见11.3.4），可以从假设为矩形不确定度分布的分级中推导出来，在这种情况下，风速不确定评定中使用的标准不确定度为：,uv2j=,在第7章中描述了一个分级示例。6.5报告格式风速传感器的分级报告应说明传感器的所有相关细节，包括所有设置。超声波风速计分级的文档应指定该分级有效的程序配置。应提供包括流程详细信息，作为分级前提而进行的测量，以及所用设施和工具文件的相关文件。7杯式风速计和超声波风速计评估7.1总则风速计分级评估应通过可溯源的风洞测量、其他实验室测试和相关的风速计特性建模进行。全面的评估方法应包括现场验证测试。一种型号的杯式风速计或超声波风速计的评估应包含以下能确定基本特征影响的验证程序(表1)：a)倾角响应特性；b)偏航角响应特性；c)温度诱导效应。另外，对于杯式风速计，应评估以下特性：d)转子扭矩特性引起的动态影响。7.2描述了测量风速计特性的程序。7.3和7.4分别给出了一种用于杯式风速计和声波风速计分级的方法和示例。实际评估可以基于7.3和7.4的方法，也可以基于其它评估方法，只要它们包括表1中所列的基本特性影响的验证程序。7.5提供了风速计现场对比的方法。7.2风速计特性测量7.2.1杯式风速计的倾角响应特性的风洞测量倾角响应是在倾倾斜入流角处测量的风速相对于在没有倾斜角入流角处测量的风速的变化。杯式风速计的倾角响应在满足第8章所述要求的风洞中测量。另外应记录风洞高度以获得精确的倾角响应特性。风速计的表现受到风速计周围的自由空间，尤其是风速计的下方和上方的强烈影响。倾斜机构的设计应使风速计的感应部分的中心固定但能自由转动，风洞的底板应关闭以防止不利的流动效应。因此，转子不能进行平移运动，只能实现转子平面的倾斜。倾角响应可以用两种替代方法测量，一种使用摆动，另一种使用固定位置。风速计对于准静态倾斜流的响应的确定宜借助于安装在风洞中的自动倾斜装置来执行。在测量过程中，风速计慢慢地前后摆动，摆动速度非常慢(小于0.05°/s)，因此角速度对结果的影响可以忽略不计。摆动法只能用于在所有倾斜角度下，风洞中的风速始终保持在标称风速的0.5%以内。在非倾斜流场情况下，倾斜角应固定，测量时间应为300s，以保证收集到充足的零角度区间内数GB/TXXXX-XXXX/IEC61400-50-1:2022据(士0.5)。零区间数据用于倾斜角响应的规格化。同时记录倾斜角，风洞风速和风速计输出并进行平均。结合更好的区间平均算法来解释在零度附近的倾斜角响应中的较高梯度是有意义的。倾斜角响应也可以通过逐步改变的固定的位置测量来确定，其中每个角度的响应按风速范围内选定的标称风速，由第8章风洞校准来确定。测量矩阵的建议：a)入流角定义：在杯式风速计转子向上的方向流动为正向；c)风速范围和步长：4m/s～16m/s（例如4m/s、8m/s、12m/s和16m/s）;d)摆动法的区间平均范围：区间宽度最大2°.在图1中展示了倾斜角响应（包括“理想的”余弦形状）的一个例子。图1杯式风速计的倾斜角响应Vα/Vα=0作为入流角α的函数，与余弦响应的比较7.2.2杯式风速计方向特性的风洞测量当进行水平流动方向和参考方向标定(偏航灵敏度)时，某些杯式风速计(如不对称外壳形状、不对称电缆进线口)的设计可能对风速计风速信号有不利影响。因为它通常无法纠正，所以尽量避免。它可能对风速测量的不确定度有很大的影响。偏航灵敏度的测量应在风速分别为4m/s、8m/s、12m/s和16m/s的情况下进行。7.2.3杯式风速计转子扭矩特性的风洞测量杯式风速计对风的动态响应是由式(6)决定，其中I为质量惯性矩，ω为角速度，t为时间，QA为气动转子扭矩，QF为由摩擦产生的扭矩（主要是轴承）。GB/TXXXX-XXXX/IEC61400-50-1:2022=QAQF……杯式风速计转子上的净扭矩QA-QF以及转子扭矩特性可以在风洞中测量。气动扭矩可以通过强迫转子在失衡状态下以特定角速度转动，同时使用扭矩传感器测量。杯式风速计上的气动转子扭矩等于用扭矩传感器测得的反作用扭矩减去摩擦扭矩。接近平衡角速度的测量结果应是非常准确和详细的。风洞气流速度保持在8m/s的扭矩测量示例中，其转子转速变化如图2风速8m/s时风洞对杯式风速计扭矩的测量（扭矩QA-QF是转子的角速度ω的函数）7.2.4杯式风速计阶跃响应的风洞测量转子扭矩特性也可以在风洞中利用阶跃响应方法来测量。由于平衡速比(扭矩系数等于零，参见7.3.2两侧）的扭矩特性应被假定为线性，这种方法比7.2.3的方法精度要低。阶跃响应是一种方法，即在恒定流速的风洞中，杯式风速计被迫达到高于或低于平衡风速的非平衡转速，监测恢复到平衡的角速度。接近平衡的恢复区是恢复的重要组成部分。在此期间，建议使用平衡转速转子的50%～98%的恢复区域的数据进行加速测试，在进行减速测试拟合扭矩系数直线时为150%~102%。迫使风速计工作在非平衡状态的方法可以通过在杯式风速计转子的顶部附加一个细轴，并将其穿过风洞壁上的一个孔延伸至电机。转速由电机控制，当加速或减速的测量开始时，电机与转子机械脱离。或者可以通过将一个或多个压缩空气施加到杯式风速计转子的一侧或另一侧来实现不平衡状态但应注意不要扰乱风洞上游的风。非平衡启动状态应远远超出分析的转动范围(转子平衡转速的50%～150%)，以确保激励装置不影响用于拟合的数据。如果扭矩特性可以通过扭矩平衡的任一侧上的线性关系(扭矩等于零)表示，则阶跃响应可以用式（7）表示：=utΔu×exp……GB/TXXXX-XXXX/IEC61400-50-1:2022式中：u(t)——使用普通校准函数在时间t处由杯式风速计测量的风速；ut——风洞风速；Δu——在时间t0处，在阶跃响应测量开始时风洞风速与杯式风速计指示风速的差值；t——时间；τ——阶跃响应的时间常数(τlow为下方的阶跃响应，τhigh为上方的阶跃响应）。在用数据拟合两个未知常数τ和t0时，重新计算方程并使用线性回归确定时间常数τ。……在7.3.2中，进一步描述了使用阶跃响应方法从时间常数中确定线性扭矩的一个例子。7.2.5温度对风速计特性的诱导效应的测量7.2.5.1总则应对温度对风速计性能的影响进行评估。7.2.5.2杯式风速计中摩擦扭矩的测量轴承摩擦引起的温度相关影响应通过气象箱内的飞轮试验进行评估，参见参考文献[2]。摩擦扭矩测量应通过用飞轮代替杯式风速计转子，并测量从与20m/s风速对应转速的减速过程来进行。转子上有两个扭矩，轴承的摩擦扭矩和飞轮上的空气摩擦扭矩(应从测得的扭矩中减去)。除了轴承摩擦以外，还可能由于其他原因而产生摩擦扭矩，如由于信号生成产生的摩擦。应把这些扭矩应包含在摩擦扭矩测量结果中。测试应在-20℃~+40℃的温度范围、且至少每5℃的间隔下进行。对于每个温度，摩擦力可以用二次多项式表达，即包含F0、F1和F2三个常数。.w+F2.w2…………………(9)图3轴承摩擦转矩QF与温度之间在角速度ω范围内的函数关系的例子GB/TXXXX-XXXX/IEC61400-50-1:20227.2.5.3不同温度和风速条件下的风洞试验温度效应对整个风速计(杯式风速计以及超声波风速计）的影响可以通过气象风洞试验加以验证。测试可以在-20℃~40℃,5℃间隔下，根据表1的温度进行。测试应在4m/s、8m/s、12m/s和16m/s进行。然后应确定风速计标准校准的风速偏差。应注意操作方法以确保风洞试验结果不应因意外的影响而有偏差(例如，在风速计转子上附着的雾化物)。结果宜与7.3.2中的杯式风速计模型计算的模拟值进行比较。7.2.6超声波风速计方向特性的风洞测量风向对超声波风速计输出的影响应在满足第8章所述要求的风洞中测量。风速计对准静态倾斜和/或偏航气流响应的确定应借助于安装在风洞中的自动倾斜和偏航角装置来进行。在测量期间风速计被放置在固定的倾斜角度。偏航角度能指定为固定的偏航位置，测量时间平均为30s，或者能以约1°/s的摆动速度连续偏航。注：使用固定偏航方向可提高测量精度，而使用慢扫描速率方法有利于揭偏航应是按照超声波预设的测量扇区进行。超声波的倾斜角度应固定以下倾斜角度：0°、±2°、±5°、±10°、±15°、±20°、±30减。测量的风速为：4m/s、8m/s、12m/s和16m/s。在每个方向上，与参考方向上普通标定的超声波风速计的指示风速偏差应被推导出来。7.3基于风洞及实验室测试以及杯式风速计建模的杯式风速计分级方法7.3.1方法根据表1，分级方法应使用适当的杯式风速计模型来确定由影响参数引起的偏差。杯式风速计模型应验证包括所有的影响参数。该方法应基于7.2中描述的风洞和实验室方法测量。此外该方法应使用人工风力发生器来产生杯式风速计模型的三维时域输入风数据。应根据人工风力发生器的10min水平风速输入平均值与10min杯式风速计模型响应平均值之间的差异来确定偏差εi。7.3.2杯式风速计模型的例子7.3.2.1总则杯式风速计模型是模拟杯式风速计响应的物理模型，参见参考文献[2]和[3]。杯式风速计的一些物理特性应在整个评估过程中进行测量和使用。如转动惯量I，一个风速计杯口的正面面积A，以及从轴中心到风杯中心的半径R。杯式风速计对三维风的响应来自扭矩平衡微分方程，其中转子上的扭矩由气动扭矩减去摩擦扭矩(方程的右侧)组成，见式(6)。根据微分方程，找出杯式风速计的角速度ω,并且使用风洞校准值来确定由于风变化而产生的气动扭矩和摩擦扭矩的响应。气动扭矩QA是人工风力发生器所确定的瞬时风向量T=fu,v,w}的函数。由风向量确定入流角和风矢量的大小。α=arctan|α=arctan||(·u2+v2,(10)GB/TXXXX-XXXX/IEC61400-50-1:2022……等效水平风速通过将风向量的标量乘以在风洞中测得的瞬时迎风角响应得到。q=αα×……(12)UeFq=αα×……(12)其中Fαα,其气动扭矩可以用已有的广义扭矩曲线表示，该曲线适用于所有风速和所有转速，参见参考文献[2]：PARU…………………式中：Ρ——空气密度，单位(kg/m3)；A——风杯的杯面面积，单位为平方米（m2R——杯面的半径，单位为米（m）；Ueq——等效的水平风速,单位为米每秒（m/sCQA——一般性气动转子扭矩系数。广义气动转子扭矩系数由7.2.3或7.2.4中风洞扭矩测量推导出，本案例中的Ueq被风洞风速替代：CQA=CQA……广义气动转子扭矩系数是风速比的函数：……………式中：Ut——一个阈值风速（导出为去掉摩擦影响的校准偏移量，如果摩擦为零，则值风速等于校准偏移量）。如果转子的扭矩系数可以用扭矩平衡两侧的两条线性曲线表示，那么两个相应的时间常数由风洞阶跃响应测量确定，见7.2.4和参考文献[4]。可按式(16)、对于低速比和高速比、由τ值确定线性扭矩特性：……………广义气动转子扭矩系数可以表示为：CQA=……………式中：0——CQA=0时的速率比。GB/TXXXX-XXXX/IEC61400-50-1:2022图4给出了转子扭矩系数的一个例子。图4示例-速率比λ与转子扭矩系数CQA的函数，来自kiow等于-5.5和koigo等于-6.5的阶跃响应摩擦力矩是从摩擦力测量部分分项7.2.5.2中得出的温度和转速的函数：QF=QF(T,)……………(18)7.3.2.2影响参数范围变化和分级确定示例影响参数范围应通过使用产生人工三维10min时间序列风速的流模型来改变，采样率至少为10Hz。将杯式风速计模型置于这种人工风环境中，推导出杯式风速计的响应和水平风速的偏差。影响参数范围的所有组合的偏差可通过蒙特卡罗方法得到。偏差决定了式(2)中的等级。杯式风速计的分级示例如图5所示，其特性如图3和图4所示，数据见表2和表3。表4列出了与分级有关的其他数据。所有影响参数的A、B、C和D类偏差如图5和图6所示。得到的分级是1.69A、6.56B、8.01C和9.94D。表2杯式风速计的倾斜角度响应示例48V/VV/VV/VV/VGB/TXXXX-XXXX/IEC61400-50-1:2022表2杯式风速计的倾斜角度响应示例（续）48V/VV/VV/VV/V0123468表3杯式风速计的摩擦系数示例)GB/TXXXX-XXXX/IEC61400-50-1:2022表3杯式风速计的摩擦系数示例（续）)05表4与示例杯式风速计分级有关的其他数据GB/TXXXX-XXXX/IEC61400-50-1:2022图5杯式风速计的分级偏差示例其中1.69A类（上）和6.65B（下）GB/TXXXX-XXXX/IEC61400-50-1:2022图6杯式风速计的分级偏差示例其中8.01C（上9.94D（下）7.4基于风洞试验和超声波风速计建模的超声波风速计分级方法该分级方法使用超声波风速计模型来确定影响参数。该方法基于7.2.6和7.2.5.3中描述的风洞和实验室测量。此外，超声波风速计的分级方法采用一种类似于杯式风速计模型的人工风力发生器，见7.3.2，以生成超声波风速计模型使用的三维时域风速数据。超声波风速计的响应是由人工风力发生器确定的瞬时风向量T=fu,v,w}的函数。从风向量上式中：F,,(a,y,i)——超声波风速计的倾斜和偏航响应函数。GB/TXXXX-XXXX/IEC61400-50-1:2022偏离是由超声波风速计模型响应与人工风数据平均值之间的差异决定的，见7.3.2.2。相关影响参数为倾斜和偏航角响应及温度诱导效应。7.5自由场比较测量在自由场比较测量中，可以比较两个风速计。比较测量可以用来验证仪器分级中使用的方法是否一致，见7.3和7.4。风速计的比较要求两个风速计都在相同的风洞中校准。现场设置应根据10.3中所述的两个顶部安装的风速计的安装程序进行，使用它们之间的最大距离，3D超声波风速计(校准的U、V和W)应安装在两个传感器的下方的吊臂上，用于测量环境影响参数范围(气流、湍流、湍流谱)，进行S级测量分级分析，另外，在相同的吊臂上测量空气温度以确定温度范围，测量气压以确定空气密度范围。三维超声波的时间轨迹应被记录下来，而垂直于吊臂的相对较小的扇形区内的10min平均测量结果对于两个风速计的比较是可以接受的。应收集数据包含(180h)的风速范围为4m/s～16m/s，湍流强度范围(例如，从0.04～0.14)。然后应从实验室测试中推导出两种风速计的S级分级，并将这些与现场测量进行比较。GB/TXXXX-XXXX/IEC61400-50-1:20228风速计风洞校准规程8.1一般要求风速计校准的一般要求概括如下：a)风速计应在符合风速计校准要求的风洞中进行校准。b)与风速计的校准相关的全部变送器和测量设备，应具有可追溯到国际标准的校准。校准证书和报告应包含所有相关的可追溯性信息（包括可用的可认可的详细信息）。c)参考风速使用皮托管测量，依据ISO3966，应选用椭圆型头部的NPL型皮托管。皮托管应在适当风速范围内予以校准，并予以记录。参考风速也可通过拥有完好不确定度记录的多普勒激光风速计（LDA）测量。。d)实验配置的一致性，应至少每日使用“质量参考风速计”进行对比校准验证。e)流场质量应按照8.2所述要求进行验证。f)校准的可重复性应按照8.2中所述要求进行验证。g)依据ISO/IEC指南98-3:2008评估风速计校准中的校准不确定度。8.2风洞的要求风速计的存在不能对风洞流场有实质性影响。测试过程中，风速计会在某种程度上受到风洞的阻塞度和洞壁效应的影响。阻塞度(BR)——定义为风速计在垂直于气流流向上的投影面积(包括安装系统和旋转状态转子的投影面积)与实验段面积的比值，该比值不应超过0.05。根据8.4.3所述要求，阻塞效应是必须考虑的内容。建议风洞实验段高与宽均应不小于1.0m。通过风速计安装区域的气流应是均质的。流动均质性可通过速度感应装置测量，如皮托管、热线、激光多普勒测速计等，测量纵向、横向和垂直方向上的流动剖面。校准风速范围内，测量区域内两点间的平均风速最大差异应低于0.2%。平均值的计算时间不小于5min，测量区域应在风速计工作状态下所占空间的基础上，在各方向外延50%，如图7所示。应对风速均质性进行检测，检测时间不低于5min，风速检测点约为4m/s、8m/s、12m/s、16m/s。GB/TXXXX-XXXX/IEC61400-50-1:2022图7用作气流均匀性测试的体积的定义流动的稳定性应在均质性检测区域的中心进行测量。流动稳定的判别方式是:连续10个30s均值偏离其总平均值不超过0.5%。杯式风速计对水平风梯度非常敏感。水平风梯度取决于滤网和平滑装置的污染程度。因此，有必要使用2个完全相同的皮托管来检查风梯度，它们应准确放置在风速计安装的位置，头部跨度基本覆盖风杯的旋转区域。进行一系列测量，并对2个皮托管测量的动压线性拟合。测量时间不短于5min，其风速的差异应小于0.2%。预校准型号的风速计(包括安装管)对皮托管所测风速的影响应小于±0.2%。风速计位置处的风速轴向湍流强度应低于2%，湍流强度应包括频率在10Hz以内的纵向风速波动。湍流测量的数据应通过采样率至少20Hz，持续时间60s的风速数据得到。湍流评估应至少对7m/s、10m/s和13m/s的流速进行，使用的设备应适用于测量截止频率至少为20Hz的风速波动。如不满足上述要求，应通过适当的测试评估，并在不确定的评估中加以考虑。风洞校准系数给出了参考测量位置和风速计位置处风况的关系，应使用皮托管在4m/s～16m/s风速范围内进行评估。校准配置应通过详细的风速计校准进行重复性检查。校准设备应指定具有尺寸代表性的参考风速计。在校准风速范围内，质量参考风速计输出结果的标准偏差与最大偏差应分别低于平均值的0.2%和0.6%。8.3仪器和校准配置要求专用外部信号调理设备如频压转换器，应在将风速计隔离的条件下单独校准，所以允许风速计的校准和报告编写独立于信号调理设备。数据采集系统的分辨率至少为0.02m/s。如果是模拟电压设备应特别注意，确保信号充分缓冲以防止其被低阻抗采集设备衰减。安装配置对设备性能有显著的影响，特别是安装管的直径与风速计旋转直径相比很大时。因此，校准时风速计应安装在支管的顶端，使流场畸变最小，并且每次只能校准一台风速计。安装管的直径应与风速计实际使用时相同。建议风速计转杯距上下洞壁的相对距离，均不小于0.5m。参考风向应GB/TXXXX-XXXX/IEC61400-50-1:2022予以定义、记录，并参考使用，以防风速计对风向敏感。风速计应安装于实验段，并尽量准确的垂直于风洞风向。风速计安装管与风向的最大偏差为0.2°。图1给出了典型的杯式风速计倾斜影响的例子。应确保风速计不受任何参考风速测量设备的影响。反之，风速计也不应影响参考仪器区域的气流。如果出现流场畸变，应调节皮托管的位置。移开风速计，然后放回原来位置，观察其余仪器的输出是否改变，用同样方法考察参考仪器。实验段中的皮托静压管应对准平均气流方向，最大允许偏差是0.5°。校准过程中，应检查风速计的输出信号，确保其不受干扰或噪声的影响。注：皮托静压管装歪可能导致压差测量偏差。对于NPL型皮托管(参见ISO3966:2020图A.5)，与平均流动方向校准期间，应检查风速计的输出信号，确保其不受干扰或噪声的影响。8.4校准程序8.4.1杯式和超声波风速计的一般流程校准开始前，风速计应在约10m/s风速环境中运行最少5min。校准应在4m/s～16m/s的风速范围内以1m/s或更小的间隔将风速分别做升速和减速。如果校准过程中开启了加热功能，则应在校准证书中注明。注：1m/s的间隔也能用2m/s跳跃，如4mm/s、11m/s、9m/s、7m/s、5采样频率应至少为1Hz，且采样间隔至少为30s。如果校准低分辨率的风速计时，采样间隔可以延长。应确保风速计和参考风速读数时间周期相同。采集每个风速得数据之前，要有充分时间，确保稳定得流场条件已建立，见8.2。这可能需要1min时间，但会因设施而异。8.4.2超声波风速计校准流程超声波风速计用于测量二维或三维风速分量。在测风的用例要求水平风速的测量结果的场合（如功率特性测试），应设置超声波风速计，最好是在内部或通过后处理得到水平风速的测量结果。校准过程中，完整的超声波风速计应安装在风洞实验段内。超声波风速计的测量部分应位于实验段用于测试的区域内。风向准线应对准参考方向准线，见8.3。方向对准有利于减小声学转换接收器支撑机构对气流的干扰。校准证书或其附录中，应记录校准过程中超声波的配置参数。校准结果仅适用于传感器配置和信号输出格式均相同的情况。对于该测试，应按照8.4.1的要求使用不同风速校准超声波风速计。如有需要应增加改变风速计偏航方向的校准(例如:支撑机构产生最大流动干扰的偏航角)，增加的偏航校准，应在10m/s风速下进行，作为符合分级结果的质量控制。校准期间应监测超声波风速计的状态信号(如果可以)。状态信号可用于剔除错误数据。8.4.3确定风速计位置处的风速空气密度ρ根据风洞的平均气温T、相对湿度Φ和气压B，用式(20)计算得出（标准不确定度小于10-3kg/m3式中：GB/TXXXX-XXXX/IEC61400-50-1:2022B——大气压力，单位为帕[Pa]；T——绝对温度，单位为开尔文[K]；Φ——相对湿度（范围是0到1）；R0——干燥空气的气体常数[287.05J/kg.K]；Rw——水蒸汽的气体常数[461.5J/kg.K]；Pw——蒸汽压力，单位为帕[Pa]。蒸汽压力Pw取决于平均空气温度。P=0.0000205×exp(0.0631846×T) (21)风速计位置处的平均风速由参考位置处的平均压差ΔPref、使用式(22)算得的：×α×kc×式中：α——皮托静压管压头系数；kc——风洞校准系数，给出参考测量位置与风速计位置间的关系；——风速计与安装管对风洞气流的干扰的校正函数；kb——阻塞的干扰校正系数；ki——由于风速计（含安装管）与实验段边界产生的干扰而引起的校正系数，也包括贯穿边界对流动的支架干扰；kp——风速计（含安装管）对皮托管测量速度的干扰校正系数；——风速计位置的平均风速；——参考位置的平均风速；n——采样间隔内的采样个数。实验段没有风速计与安装管时，校正函数应等于1。应评价校正函数对校准结果的影响，并记录在校准设施配置报告和不确定度计算中。8.5数据分析校准数据应通过线性回归分析评价下述回归参数:截距、斜率、拟合系数、标准不确定度。风速值应根据风速计输出进行回归。若数据的相关系数r小于0.99995，则应检查是否由于风速计非线性或其它原因引起。如果发生风速计非线性，在证书中应予以记录。8.6不确定度分析GB/TXXXX-XXXX/IEC61400-50-1:2022确定流经风速计的水平风速的不确定度是非常重要的。应依据ISO/IEC指南98-3:2008，对A类和B类不确定度进行分析。合成不确定度量值的统计评估应考虑以下因素：流速测量不确定度（皮托管、传感器，空气密度估计等风洞校准系数；式(22)中定义的校正函数计算的风洞校正系数；风洞横截面尺寸的影响；风速计测量的输出；各类风速计不确定度评估均应考虑风速计未竖直安装的影响;风速计输出的短期内产生的离散导致的统计不确定度(所指示的风速计信号的变化，如角速度的波动、信号发生的偏差、平均时间内的采样偏差)；由进行校准的风洞与其他风洞结果差异产生的不确定度，主要由能力检测决定，未涵盖在其他不确定度分量中；线性化校准表达式导致的不确定度。8.7报告格式相关文档应提供校准风速计的流程与设施(校准设施配置报告)及单独风速计校准信息。校准设施配置报告应至少包含以下信息：a)风洞描述(包括实验段、稳流室、整流器、鼓风力发电机组布置);b)可表示实验段中风速计与皮托管位置的风洞简图;c)流场质量测试;d)阻塞效应评估；e)风速计安装高度的影响；f)底板的影响；g)安装位置对参考测量的影响;h)校正函数的影响；i)湍流测量；j)仪器证书；k)测量程序；l)数据评估程序；m)风速计校准重复性的记录;n)不确定度分析；o)与上述要求的偏离。风速计的校准报告应至少包含以下信息：1)测试风速计的制造商、型号和序列号，若风杯是单独运输的还应有风杯序列号;2)校准过程中偏航定向的详细记录（偏航敏感装置）；3)安装系统的圆管直径;4)外部转换器的制造商、类型和序列号；5)客户的名称与地址；6)校准执行人员、校核人员、发布批准人员的签名;7)风洞的名称；GB/TXXXX-XXXX/IEC61400-50-1:20228)校准期间的环境条件（气温、气压和湿度）；9)拟合参数（偏移量、斜率、回归系数）；10)线性表达式导致的不确定度(散点残差);11)校正函数f(ks,k,kp,B,…)导致的不确定度；12)所有校准点和拟合结果的表格和图形表示(同扩展的线性拟合线之间的偏差);13)与每个测量点相关的不确定度；14)校准设施配置报告引用的参考文献:15)校准日期；16)风速计及其在风洞中安装情况的照片。8.8不确定度计算示例风速计位置处的风速是无法测准的，并且风洞中的传感器与在自由空气中相比，会有明显更小空间的流场，因此校正是必要的。风洞的优化校正和校正系数的确定是测量不确定度计算的关键。理想情况下，不确定度计算应独立应用于校准测量的每一个风速校准情况。在这个例子中，用额定值25m/s的风洞校准10m/s的点。表5按顺序处理每一个不确定度源，首先是B类不确定度。为避免重复，气压测量的详细评估已略去，可以用与处理气温同样的方法来处理气压。表5风速计校准不确定度评估示例不确定度源ui讨论灵敏度值cim/suf，风洞校正系数，f基于校正影响系数f(ks,kz,kp,⃞,…)的不确定度ut，风洞校准系数，kc风洞校准可以使用2个皮托管进行，1个位于长期参考位置，1个位于测量风速计位置。通过交换2个皮托管系统，所有的B类不确定度都可以降低，用标准拟合分析得到一个校正系数(截距强制过原点)和相关的A类标准不确定度假设校正值为1.02，标准不确定度为0.010.01Ct=0.5×v/kc=0.5×10/1.02=4.90m/s0.049uB，阻塞校正系数，kB固体对象放置在风洞流场中会影响流动，影响程度与物体尺寸和风洞面积的关系有关。假定被测仪器尺寸不变，由于连续性，闭口实验段的流速会增加；开口实验段中，气流通道变宽会导致流速减小。假设阻塞效应的不确定度为0.1%是合理的。校准设施配置报告应记录计算方法、校正系数的估计值与其不确定度0.001m/s/1.001≈10m/s0.01GB/TXXXX-XXXX/IEC61400-50-1:2022表5风速计校准不确定度评估示例（续）不确定度源ui讨论灵敏度值cim/s数，ki风速计下方和上方需要一定的空间(决定于安装管和风速计的尺寸)，以模拟自由大气流场。因此测试段中心对于被测设备可能不是最佳位置。如果风洞较小导致安装管太短，产生误差可达2%。只有安装管达到一定长度，影响才开始降低。这个长度为高出基座大约50cm。假定位置影响已知，不确定度取值0.1%可能是合适的0.001m/s/1.001≈10m/s0.01uP，位置校正系数，kP风速计对参考皮托管周围的流动产生影响。假设影响量已知，不确定度取值0.1%可能是合适的0.001数，kFD风速计一般安装在一定长度的测量支杆上，在风洞中难以再现。如果风速计安装在开口风洞实验段的圆管基座上，气流会向下逃逸。这将导致风速计的动力损失，并因此产生系统误差。安装基座平板可以大幅减小这种损失。假定安装了基座平板，标准不确定度取值0.1%是合适的，否则需要检查这种影响0.001CFD=v/kFD=10m/s/1.001≈0.01up，t压力感测器，Kp，t压力传感器校准证书记录量程0Pa～500Pa范围内的最大不确定度为0.5Pa0.5Pacp，t=0.5×v/Kp，t=0.5×10/5000=0.0010.0005up，s压力传感器Kp，sup，d压力传感器数据采样转换Kp，d压力传感器输出测量设备校准显示，在0V～10V范围内的最大不确定度为0.00015V0.00015Vcp，s=0.5×v/Kp，s=0.5×10/0.01=5000.010uT，t，气温传感器，KT，tu理增益，KT，suT，d温度信号数字转换，KT，d温度测量设备校准显示，在10℃~30℃范围内的最大不确定度为0.1℃0.1CcT，t=0.5×v/KT，tn/an/a0.001GB/TXXXX-XXXX/IEC61400-50-1:2022表5风速计校准不确定度评估示例（续）不确定度源ui讨论灵敏度值cim/suh皮托管压头系数，Ch皮托管压头系数由风的攻角决定。可能有2个不确定度来源，一个与皮托管布置在平均气流方向上的准确度相关，另一个由瞬时气流方向上的湍流变化产生。假设标称管压头系数为0.997，假设推导出的标准偏差为2°。相关ISO标准建议管压头系数增加0.1%0.000997Ch=-0.5×v/Ch=-0.5×10/0.997=-5.0150.005upcal皮托管校准参考皮托管校准证书记录，在4m/s～16m/s范围内不确定度可以取值0.25%0.0025Cph=-0.5×v/Ch=-0.5×10/0.997=-5.015uB，t气压计灵敏系数，KB，tuB，s气压计信号调理增益，KB，suB，d气压计信号数字转换，KB，d气压计校准结果显示，在900hPa～1100hPa范围内，最大不确定度为0.5hPa0.5hPasA风速时间序列的平均的统计不确定度假设湍流强度为2%，30s，2Hz采样，60个样本。10m/s的平均值标准不确定度为：0.02610.026up，湿度对密度或uΦΦ相对湿度测量设备校准结果显示，在10%~95%范围内，不确定度不超过2%。选取2%作为计算值。15C时，Pw=1700Pa，假设B=1013mbar=101300Pa，kp按0.997，cΦ（10m/s）为0.032。uΦ=0.02%RHcp=0.0320.001合成标准不确定度为最右列所有不确定度分量的平方和的根，这个值为0.06m/s。这个示例中，B类不确定度占主要成分。延长校准时间可以降低A类不确定度，但是对于B类不确定度没有效果。此外，尽管对于某个特定风速，B类不确定度的源之间互不相关，但它们全都与风速完全相关，这意味着即便是看起来好的校准(好且直的拟合线)，仍然会有很大不确定度。GB/TXXXX-XXXX/IEC61400-50-1:20229风速计现场比对9.1概述有两种可用方法证明在测量期间所用风速计同校准时相比没有发生改变。风速计可在测试结束后在风洞中校准以得到与初次校准的区别。另一种方法是在测试期间对主风速计和安装在主风速计附近的参考风速计进行现场比对。应注意，如果参考风速计和主风速计以相似的速率降级，则该方法无法识别风速计校准的渐进式降级。应定期进行现场比对，以便在早期发现问题。9.2先决条件在测试期间，根据第10章的要求将两个风速计安装在测风塔上。主风速计用于所需测试，另参考风速计用于现场比对。风速计有以下三种安装方式:a)方式1：如10.2所述的顶部安装；b)方式2：如10.3所述的备用顶部安装；c)方式3：如10.4所述，两个风速计均侧面安装。9.3分析方法对测试期间记录的两个数据库做10min平均值对比。第一个数据库包含风速计安装后立即开始的数据，第二个数据库包含测试期间的后期数据。每个数据库均满足如下要求：a)应覆盖4m/s～12m/s风速范围；b)风向在有效扇区内；c)每个风速区间至少3个数据点，区间划分可以选择以下两种方法：1)区间选项1：风速区间宽度1m/s，区间中心为1.0m/s整数倍，取一个不超过±15°风向区间内的参考风速计风速数据；2)区间选项2：风速区间宽度4m/s，区间中心为2m/s、6m/s、10m/s和14m/s，取多个10°风向区间内的参考风速计风速数据。此0m/s～16m/s的风速范围，仅适用于中间分析步骤，应基于4m/s至12m/s的范围做最终分析。d)包含一个风向扇区，此扇区内测风塔不受任何风力发电机组尾流影响，风速计也不受测风塔尾流影响，如下所述：1)示例：风速计并排顶部安装(方式2)，并且只用一个风向扇区用于风速区间(区间选项1)，此风向扇区包含与横杆成90°的风向，并且在可用风向内；2)示例：单个顶部安装风速计(方式1)，全部风向区间应避开测风塔尾流影响区，也即，参考风速计中心与测风塔任何部分的水平连线与所有风向区间边界相差至少45°(见图8和图9);e)最长持续时间应为8周。分析所用的风向区间应在报告中明确说明。如果采用宽度1m/s的风速区间和一个30°的风向区间（区间选项1），则主风速计为因变量，参考风速计为自变量，进行线性回归，回归结果将用于估算主风速计风速，被称为Vprimary_est。Vprimary_est=m×Vcontrol+b……………(23)式中m——Vprimary_est关于Vcontrol线性回归的斜率；GB/TXXXX-XXXX/IEC61400-50-1:2022b——Vprimary_est关于Vcontrol线性回归的截距；Vcontrol——参考风速计的风速。这旨在说明风速计随时间而发生的特性改变，并不是绝对的校准。如果采用宽度4m/s的风速区间和10°的风向区间(区间选项2)，则根据第一个数据库区间划分出的每个风向区间下的各风速区间数据组，采用分段线性插值估计主风速计风速，如式(24)：=+Vprima,i1…这种情况下，现场比对第二数据库的数据仅能使用第一数据库中每个风速、风向区间覆盖的参考风速计数据。式(24)可用于外推至被覆盖的风速区间的边界。如果在一个风向区间内仅有一个风速区间被覆盖，则把主风速计测得的风速区间平均值与参考风速计测得的区间平均值之比作为对参考风速计测量的校正系数。9.4评估准则将第一个数据库的回归或分段线性插值应用于第二个数据库的参考风速计测量值，得出每个10min的主风速计风速估计值。在宽度为1m/s、中心为1.0m/s的整数倍的各风速区间内，计算主风速计风速测量值与估计值偏差的平均值（系统偏差）。系统偏差为：……n对每一个风速区间，计算主风速计风速估计值与测量值的偏差及偏差的标准不确定度（统计偏差）。风速偏差的标准不确定度是风速差异的标准偏差除以测量点数的平方根。标准不确定度为：2……………如果在4m/s～12m/s任一区间内，风速偏差平均值（系统偏差）与风速偏差标准不确定度（统计偏差）的统计平方公差没有超过0.1m/s，则现场比对通过。<0.1ms………如果在4m/s～12m/s区间内，至少有一个区间的δ值大于0.1m/s且在所有区间的δ值均不超过0.2m/s，则风速计校准的不确定度v,i应至少增加到在4m/s～12m/s风速范围内的δGB/TXXXX-XXXX/IEC61400-50-1:2022最大值。如果在4m/s～12m/s风速范围内任一区间的δ值均大于0.2m/s，则现场测试应调至较早的时间段，直到δ值不再超过0.2m/s。这段时间之后的测量活动的数据应剔除，且剩余测量活动的数据中，风速计校准不确定度v,i应按照没有剔除数据的情况处理。注：现场比对可以在测试期间经常重复执行，用于辅助识别风速计的渐进式降图8用于在一座三角形桁架式测风塔上单独安装在顶部的风速计的有效的参考风速计方向扇区的示例图9用于在一座管状测风塔上单独安装在顶部的风速计的有效的参考风速计方向扇区的示例10测风塔设备安装10.1概述GB/TXXXX-XXXX/IEC61400-50-1:2022测风塔上设备的合理布置对于精确的风力发电机组测试很重要（对于在风力发电机组机舱上而不是在测风塔上安装仪器的场合，参考附录C作为指导）。测风塔风速计的布置，应至少包括一个顶部安装的主风速计和一个参考风速计。使用参考风速计的目的是提供一种主风速计的现场自洽性核查方法，如第9章所述。在使用已分级的风速计进行预期目的需求之前（如功率特性测试建议核查风速计的几何外形是否与分级时所用风速计类型的几何描述一致。特别是风速计的安装位置应尽量保证气流畸变最小，尤其是来自测风塔和横杆的影响。当需要在大风向范围内拥有最小的气流畸变时，可以采用顶部安装风速计来实现。然而，并排安装两个顶部风速计为风速自洽性核查提供一个高鲁棒性的方法，如果能够同时保证两者适当的水平距离并且风速计安装稳固，这种方法仅仅增加了很小的气流畸变。当风速计安装在测风塔顶部以下的侧向横杆上时，测风塔和横杆引起的气流畸变非常显著，必须加以考虑。无论安装方式如何，都需要注意确保横杆结构足够稳固以避免剧烈振动。测风塔上需要在主风速计安装高度附近安装其他设备(参考风速计、风向标、温度和气压传感器)，应避免安装在干扰主风速计的位置处。10.2单个顶部安装风速计为使在尽可能宽的风向范围内，风速测量的气流畸变可以忽略不计，单个顶部安装的风速计是理想的配置。如果采用这种配置，则应满足10.2的所有规定。尤其当测风塔的横截面积较大且因此导致较低位置的风速计比顶部安装的风速计受到更显著的测风塔干扰影响时，或当遇到较大的风切变时，应仔细考虑这种配置是否能实现较低高度风速计自洽性核查的高鲁棒性。风速计应被支撑，使得杯式风速计至少高出测风塔或者其它能够引起气流扰动部件1.5m，支撑部件或者测风塔的任何部位都不能超出以风杯顶端为顶点的11:1的半圆锥体。风速计需安装在一个竖直圆管上，圆管尺寸与校准（和分级）时使用的圆管外径尺寸一致(±1.5mm），但不能超过风速计直径。圆管和风速计总长度(测量至风杯)不小于0.75m。此外，风速计应保持稳定，这可能需要直径较小的垂直圆管与另一根直径较大的圆管同心安装，以提供稳定的结构。顶部风速计以下，1.5m范围内的附加圆管直径不能大于风速计尺寸。连接风速计与垂直圆管的支架应紧凑、平滑且对称。当风速计电缆线布置在支撑圆管内部时，电缆应布置在垂直管内部。对于其他配置(如抽头)，电缆应螺旋缠绕在垂直圆管上(大致3圈/m或者与校准和分级时相似)。风速计应在校准时使用与现场一致的电缆附件和布线配置。风速计(和安装管)与垂直方向的偏差应小于2°。建议通过测量来验证。顶部风速计下方1.5m范围内不得有任何其他设备，且在风速计下方至少4m范围内也不得位于11：1半锥体外。在这种情况下，参考风速计应侧面安装在距离顶部风速计至少4m但不超过6m的距离内，否则应满足10.4中侧面安装风速计的要求。图10给出了顶部安装风速计的配置示例。GB/TXXXX-XXXX/IEC61400-50-1:2022图10顶部安装风速计以及安装要求示例10.3并排顶部安装风速计对于并排安装方案，除了应满足10.2中规定的所有安装条件外，还应满足以下特定的条件。杯式风速计应安装在横杆上方至少20倍横杆直径的高度处，推荐使用25倍的横杆直径。由水平部分和垂直支撑杆构成的横杆应是圆型截面。风速计间隔至少为2.5m，但不能超过4.0m。测风塔的任何部分都不得超过11：1的半圆锥体，圆锥体的顶点与两个顶部安装风速计之间的中点重合(在满足上述尺寸标准的前提下，顶部风速计横杆本身可以不受此限制)。其他任何仪器都不能安装于杯式风速计1.5m以内，也不得位于杯式风速计下方至少4m的半圆锥体外。图11给出了一个并排配置的示例。推荐横杆与测风塔同轴安装，或集中安装在测风塔迎风一侧。注：“上风向”取决于用例。例如，在使用关注的相对狭窄的所需风向扇区的功率特性测量的案例中，“上风向”应评估一个风速计对另一个风速计的影响，且限制测量扇区，以便使风速测量的总体不确定度保持在预期范围内。应确定由其他仪器、测风塔及横杆引起的不确定度。GB/TXXXX-XXXX/IEC61400-50-1:2022图11顶部并排安装主风速计和参考风速计以及风向标和其它仪器安装在横杆上的方案10.4侧边安装设备10.4.1概述侧面安装设备(如风速计和风向标)会受到由测风塔、横杆以及拉线引起的气流畸变的影响。圆形横杆对其上方20倍横杆直径位置处造成的影响是0.5%。而由横杆引起的风速计位置处的气流畸变需保持在0.5%以下。风速计须安装在与校准或分级过程中使用的相同外径(±0.1mm)的垂直圆管上，但是圆管的外径不能大于风速计的尺寸。风向标的水平安装距离应不小于测风塔上风速计安装建议距离的一半。侧面安装仪器应安装在横杆上方20倍横杆直径(垂直间距)的位置。这种距离要求适用于侧面安装风速计用作不同高度处另一侧装风速计的参考风速计的情况，以及适用于风切变测量中不同高度处侧装风速计安装的情况。侧装风速计用于另一侧装风速计的参考风速计的情况，距离主风速计的垂直距离应在4m～6m，横杆应位于测风塔的同一侧并且指向同一个方向；或者，参考风速计与另一个侧装风速计处于同一高度，但指向不同，如此在测量扇区内可以满足两个风速计位置处的气流畸变要求。风速计安装在测风塔的尾流中运行会受到很大干扰。用例依据测风用例，被尾流干扰的测量结果可能不被允许使用（如在功率特性测试）。在使用这些测量结果的场合，应评估包括这些测量结GB/TXXXX-XXXX/IEC61400-50-1:2022果对于总体风速测量不确定度的影响。测风塔上的气流畸变十分明显。为了使测风塔造成的气流畸变保持在1%以下，风速计与测风塔体之间应保持适当的距离。风速计-测风塔的推荐间距见10.4.2和10.4.3。测风塔拉线产生的尾流对风速计在较大范围内有显著影响，在重要的测量扇区中，风速计应避免安装在拉线的下风向。干扰和不确定度可以接受的程度取决于用户，但应避免测风塔和横杆引起的气流畸变分别大于1%和0.5%。对于测风塔气流畸变，允许对侧边安装的风速计的观测值进行校正，在10.4.4和附录B中做了进一步描述。测风塔可以是管状或是桁架式的。风速计与测风塔之间的距离与测风塔的类型和实度有关。10.4.2管状测风塔管状测风塔的附近的气流畸变估算见图12，这个图根据Navier-Stokes分析给出管状测风塔附近气流的等风速点。图中可见，如果与风向差45°,受到的影响最小。一般情况下，测风塔气流上风向有减速，测风塔附近有加速，测风塔后有尾流。由于尾流影响区域内气流的复杂性，图12仅可以精确表示绿色阴影上风向区域的气流扰动最小。绿色阴影区域是准确的，而右侧红色阴影区域由于图12管状测风塔周围的等值风速点从图12可以明显看出，风速计安装于测风塔迎风侧相对风向±45°扇区内，当风速计置于测风塔正逆风方向时，相对于自由流气流畸变最大。相对风速与测风塔迎风方向上距测风塔距离的关系，如图13所示。GB/TXXXX-XXXX/IEC61400-5