波浪能裝置海上性能測試與評價技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(征求意見稿)

1T/QMEXXXX-2024波浪能裝置海上性能測試與評價技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)本文件主要針對投放于外海測試場的漂浮式波浪能裝置（懸鏈?zhǔn)藉^泊或張緊式錨泊）與底鉸鏈錨固的波浪能裝置，不適用于封閉式的波浪水池或海灣。本文件建議針對擬定型的波浪能裝置使用，并采用推薦方法獲得可靠的、充分的測試結(jié)果用以評估裝置的工作性能。本文件也可針對原型或大比尺模型裝置開展功能驗證性測試。2規(guī)范性引用文件本文件使用過程中需參考下列國際規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)：——國際電工學(xué)會IEC60068-8換能器規(guī)范；——國際電工學(xué)會IEC60044-1電流傳輸規(guī)范；——國際電工規(guī)范IEC60044-2電壓傳輸規(guī)范。3術(shù)語和定義本文檔中將使用的術(shù)語、定義與符號如下。3.1波浪能轉(zhuǎn)換裝置（系統(tǒng)）利用風(fēng)生波浪動力轉(zhuǎn)換生成電力并通過電纜傳輸至陸上電網(wǎng)的系統(tǒng)。3.2波候波長投放海域水深下功率周期對應(yīng)的正弦波長。3.3波浪能水波中的時均能流。3.4單向波能通過平行于波能線單位長度的時均能流。3.5全向波能通過單位直徑圓環(huán)的時均能流。3.6單一方向波能多向波浪場中各向波浪投影至某一方向上的時均能流。2T/QMEXXXX-20244符號f：頻率Δf：單位增量或間隔i：頻率或譜值編號（角標(biāo)）Si：頻譜中對應(yīng)的第i個頻率的波幅譜密度Pi：頻譜中對應(yīng)的第i個頻率的能量譜密度vg：波群速度P：海水密度g：重力加速度ABA2，B2：歸一化諧波θ：均方向角σ1：一次諧波的方向分布σ2：二次諧波的方向分布Y：方向分布的偏斜度δ：方向分布的峰度s1：一次諧波分布標(biāo)號s2：二次諧波分布標(biāo)號mn：n階譜矩Hs：有效波高Hm0：0階譜矩波高Tz：平均跨零周期TD：譜寬參數(shù)Dp：能均譜寬參數(shù)PVar(P)：波能方差D：樣本時長PΘ：能均方向角UI：單向標(biāo)號PWECs：波能轉(zhuǎn)換裝置（系統(tǒng)）的電力輸出P5測試場5.1總則波浪的重要特征是隨機性，因此摒除測試場的時空分布特征對于合理選擇測試場具有重要意義。波浪能裝置工作性能評價對場地的選擇不同于裝置投產(chǎn)階段追求個別的資源豐富地區(qū)。本章的主要內(nèi)容是介紹如何識別測試場的波浪時空分布特征。3T/QMEXXXX-2024波浪的空間分布特征中的水深通常小于四分之一倍的波長，水平方向的尺度則要數(shù)倍于特征波長。波浪的時間分布特征則與潮流有關(guān)。潮流會通過影響能量傳遞率進而改變波浪群速。潮流還可能影響波浪的繞射并帶來其空間分布的變化。上述影響需在流速達到特征波群速的10%以上時予以考慮。上述速度值多在潮汐變化周期內(nèi)的特定時刻出現(xiàn)，其總體影響可增加預(yù)測的不確定性。5.2初始選址5.2.1概述選址應(yīng)對備選地點進行初步評估。備選場址首先在常浪向無明顯遮擋，深水場址與淺水場址的選擇將在5.2.2與5.2.3中描述。一旦初步評估確定了備選場址，后續(xù)需詳細調(diào)查工作將在本章中詳述。5.2.2備選深水場址深水場址應(yīng)具備懸鏈?zhǔn)交驈埩κ藉^定泊位，其水深通常不大于特征波長的1.5倍。海底地形應(yīng)平坦為宜，不應(yīng)包含使波浪產(chǎn)生聚集或分散的突變地形。測試場范圍內(nèi)的流速應(yīng)一致且不宜大于2m/s。注：深水場址折射現(xiàn)象相對不明顯，因此在此條件下的測試5.2.3備選淺水場址淺水場址通常服務(wù)于采用底鉸鏈?zhǔn)交蚨虖埩﹀^型式的淺水波浪能轉(zhuǎn)換裝置。水深通常小于特征波長的四分之一。測試場應(yīng)位于淺水區(qū)、地形坡降規(guī)則，應(yīng)包含使波浪產(chǎn)生聚集或分散的突變地形。對于沿岸線布置的波浪能裝置，其工作性能的評價較為困難。建議采用數(shù)學(xué)模型與現(xiàn)場實測相結(jié)合的方法開展相關(guān)資源的評估。與波浪能裝置相同水深處的觀測數(shù)據(jù)可直接應(yīng)用于相關(guān)計算5.3水深測量測試場區(qū)域的水深應(yīng)開展測量工作。測量范圍應(yīng)略大于備選場址范圍，以用于開展波浪與潮流模型的網(wǎng)格繪制工作。注：測量范圍與網(wǎng)格劃分與數(shù)學(xué)模型有關(guān)。網(wǎng)格應(yīng)在各個方向上均擴展射模型，網(wǎng)格應(yīng)適應(yīng)地形與范圍的突變。對于衍射模型，網(wǎng)格間5.4海流測量海流測量應(yīng)在備選場址內(nèi)不少于一個點位開展。測量時間不少于30天。采樣應(yīng)至少覆蓋水體上升的半個周期。對于構(gòu)建數(shù)學(xué)模型而言，采樣應(yīng)盡量覆蓋盡可能大的范圍。通過分析可得潮流與余流的相關(guān)信息。5.5潮高測量潮高測量應(yīng)在備選場址開展，測量時間不少于30天。通過分析可得潮流與余流的變化信息。5.6海流數(shù)學(xué)模型4T/QMEXXXX-2024為了更好的了解海流的空間分布特征，建議構(gòu)建或使用計算機模擬數(shù)學(xué)模型。在潮流主導(dǎo)的水域，應(yīng)采用潮流數(shù)學(xué)模型。對于其他海流影響明顯的海區(qū)，上述影響應(yīng)在數(shù)學(xué)模型中考慮。5.7波浪模型5.7.1概述波浪數(shù)學(xué)模型應(yīng)至少具備模擬以下物理過程的功能：——海島或其他陸域掩護；——水深地形變化引起的折射；——岸灘反射與海島或其他陸域反射；——底摩阻；——波流相互作用（包括海流引起的折射——波浪破碎與白帽。輸入的波浪條件取決于波浪譜與海流型式，取值范圍如5.7.2至5.7.6所述。5.7.2波譜波譜應(yīng)采用公認的半經(jīng)驗公式，如PM譜或JONSWAP譜。單峰的譜形式可用于本文檔中所涉及的方向譜與頻譜，應(yīng)充分考量方向分布函數(shù)等相關(guān)譜參數(shù)或參考相關(guān)規(guī)范。5.7.3波周期功率周期取值時應(yīng)考慮如下要點：——相關(guān)海域能量矩陣中能量最大的區(qū)域；——對于長期工況，則應(yīng)考慮累計頻率大于95%的情況。注：長期工況可用于檢查波浪折射的影響，若確實存在上述影響，5.7.4波高波高取值時應(yīng)考慮如下要點：——相關(guān)海域能量矩陣中能量最大的區(qū)域；——對于長期工況，則應(yīng)考慮功率周期累計頻率大于95%的情況。5.7.5波向有代表性的波浪方向均應(yīng)考慮。5.7.6海流海流影響應(yīng)考慮如下幾種情況：——無海流狀況（平潮）；——大潮平均高潮的最大落潮流速；——大潮平均高潮的最大漲潮流速；——含有無潮點的區(qū)域。5.8投放前的波浪觀測5T/QMEXXXX-2024對于淺水區(qū)的底鉸鏈型波浪能裝置而言，摸清裝置投放區(qū)域的波浪條件較為困難。因此，投放前應(yīng)在投放點開展波浪觀測以便于驗證數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性。上述驗證工作可通過測波點與投放位置的比較進行，并藉此獲得能量傳遞函數(shù)。建議觀測工作在冬季展開。5.9場址調(diào)查的后續(xù)工作5.9.1深水區(qū)轉(zhuǎn)移深水區(qū)測試場的水深通常應(yīng)大于四分之一倍波長。若波浪模型預(yù)測結(jié)果顯示測試場附近的波浪場具有較為明顯的時空特征變化，則應(yīng)進行轉(zhuǎn)移。5.9.2淺水區(qū)轉(zhuǎn)移該節(jié)內(nèi)容適用于底鉸鏈?zhǔn)交驈埦o式裝置錨固系統(tǒng)，所處水深小于特征波長的四分之一倍。由于該類裝置的投放海域的波浪能資源較難評估，因此通常要求測試地點遠離裝置數(shù)百米。若5.7節(jié)或5.8節(jié)的數(shù)學(xué)模型預(yù)測發(fā)現(xiàn)明顯的折射、反射等現(xiàn)象導(dǎo)致能量變化超過5%，則應(yīng)對水深進行相應(yīng)修正。6測量—總則6.1概述工作性能評估應(yīng)包括波浪場的能量樣本與裝置電力輸出結(jié)果的評價。本章將給出開展上述工作的基本規(guī)則，具體的裝置能量與波浪能量評估方法將在第7、8章中給出。6.2比較方法6.2.1概述波浪能裝置與波浪觀測設(shè)備應(yīng)置于無明顯波能分布變化及海流影響的區(qū)域。裝置與設(shè)備均應(yīng)置于相同的水域，但受波浪傳播隨機性的影響，在對兩組隨機數(shù)據(jù)樣本進行比較時應(yīng)進行統(tǒng)計學(xué)處理（詳見第8,10章）。6.2.2測試時長性能評價測試的時長較難給出，主要應(yīng)考慮如下幾點：——應(yīng)保證采集到足夠多的數(shù)據(jù)以構(gòu)建測試場海域的能量評估矩陣；——除了顯著波高與功率周期外，測試過程可能會受到不同參數(shù)的影響；——測試時長應(yīng)保證覆蓋描述波浪能裝置工作時限的波高散布圖。6.3樣本時長與間隔理論上每組樣本宜不小于1.5小時，相鄰樣本采樣開始時間間隔宜為1小時。上述措施可保證統(tǒng)計的準(zhǔn)確性與數(shù)據(jù)代表性，但需保證所采用數(shù)據(jù)均為有效可用的。6.4同時性波浪能裝置與環(huán)境波浪功率樣本重疊時長不宜小于15分鐘。若按照上一節(jié)內(nèi)容進行數(shù)據(jù)采集，上述要求易達到。若一組樣本出現(xiàn)缺失，則重疊時長宜延長至1小時以保證采集到足夠數(shù)量的樣本數(shù)據(jù)。6T/QMEXXXX-20246.5數(shù)據(jù)記錄6.5.1概述數(shù)據(jù)記錄應(yīng)按月保存在相應(yīng)的文檔中。文檔應(yīng)包括一個文件頭與相應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄（或無數(shù)據(jù)記錄）。按月歸檔非強制性要求，但經(jīng)驗表明采用該間隔較為方便。文件頭信息應(yīng)包括波浪場與裝置數(shù)據(jù)的測量、處理與記錄細節(jié)。文檔應(yīng)便于理解且易于查詢檢索。數(shù)據(jù)記錄應(yīng)從1小時時長的波浪條件與裝置功率輸出數(shù)據(jù)樣本中獲得。數(shù)據(jù)記錄應(yīng)標(biāo)記記錄開始時間。數(shù)據(jù)進行記錄與處理時應(yīng)進行質(zhì)量檢查，相應(yīng)結(jié)果宜作質(zhì)量控制標(biāo)記。數(shù)據(jù)記錄的標(biāo)稱時刻序列宜列出。波浪場與裝置數(shù)據(jù)需按各自序列歸檔于最接近的標(biāo)稱時刻。缺失記錄應(yīng)根據(jù)大于1.5小時記錄時長最臨近的數(shù)據(jù)記錄生成補充。數(shù)據(jù)記錄宜采用ASCII碼格式。裝置與波浪場數(shù)據(jù)記錄內(nèi)容分別在6.5.2與6.5.3條給出，并在第7、8章詳述。6.5.2波浪能裝置數(shù)據(jù)每組數(shù)據(jù)均應(yīng)包括以kW為單位的電力功率時間歷程測量值。若無，則應(yīng)根據(jù)相關(guān)變量進行計算獲得。平均、最大、最小功率與標(biāo)準(zhǔn)差應(yīng)計算并記錄。具體內(nèi)容詳見第7章。6.5.3波浪場數(shù)據(jù)每組數(shù)據(jù)的方向譜宜按照縱橫搖波浪浮標(biāo)或等效系統(tǒng)輸出格式記錄，如常浪向的頻率表。理想的頻率表應(yīng)覆蓋0.04Hz至0.5Hz范圍，并可根據(jù)觀測系統(tǒng)的不同進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。部分系統(tǒng)的方向譜為矢量波數(shù)的函數(shù)，該頻譜建議轉(zhuǎn)換為頻率表型式。除方差譜外，以下變量還應(yīng)進行記錄或計算：——功率譜：單位頻率功率出現(xiàn)頻率列表（單位：kW/m/Hz）。該數(shù)值可記錄于方向譜中；——全向功率或總功率：按頻率統(tǒng)計的功率總和（單位：kW/m）；——方向分解功率：按照方向統(tǒng)計的功率總和（單位：kW/m——平均功率方向（由正北向記）；——顯著波高、功率周期，0階譜矩周期。具體內(nèi)容詳見第7章。7波浪能裝置的功率輸出測量7.1概述波浪能裝置的功率輸出（包括系統(tǒng)輸出與輔助電機的功率輸出）應(yīng)以交流電網(wǎng)頻率形式，主要采用的是平均功率輸出（包括均方差）的一小時時長樣本。為了對裝置功率輸出開展更為細致的研究，樣本采集應(yīng)每24小時進行一次。功率應(yīng)按照2Hz頻率處理，功率信號應(yīng)進行濾波處理。除了平均與方差值外，每小時樣本的最大與最小值也應(yīng)記錄在案。7.2用于電力輸出的波浪能裝置定義通常功率輸出的測量均在裝置輸出端進行，但有些裝置的電力處理系統(tǒng)不在裝置內(nèi)部。上述電力處理系統(tǒng)在進行性能評估時也應(yīng)定義為裝置的一部分。對于遙控式的功率轉(zhuǎn)換器，則應(yīng)視轉(zhuǎn)換器的輸出端7T/QMEXXXX-2024為裝置的輸出端。由于電纜或其他部件引起的功率損失需進行相應(yīng)的調(diào)整計算。進行上述計算的方法則應(yīng)在文件頭中進行描述并輔以相應(yīng)的文檔說明。7.3儀器與率定功率轉(zhuǎn)換器的測量精度應(yīng)等于或小于裝置裝機容量的5%。電力變送器也應(yīng)等于或小于5%并應(yīng)進行率定。率定工作應(yīng)滿足如下技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求：——國際電工學(xué)會IEC60068-8換能器規(guī)范；——國際電工學(xué)會IEC60044-1電流傳輸規(guī)范；——國際電工規(guī)范IEC60044-2電壓傳輸規(guī)范。功率轉(zhuǎn)換器的工作范圍應(yīng)足以覆蓋所有正、負峰值。低電流會導(dǎo)致電流變送器輸出結(jié)果出現(xiàn)非線性變化，因此需進行正確的規(guī)定。7.4波浪能裝置功率數(shù)據(jù)處理1小時樣本記錄的裝置輸出功率的平均值與標(biāo)準(zhǔn)差應(yīng)進行計算與記錄。其他質(zhì)量控制數(shù)據(jù)也應(yīng)根據(jù)需要進行記錄。8波浪觀測8.1波浪場說明通常，波浪場可表征為由一組不同方向、頻率及相位的波列共同組成。每組波列均滿足線性波理論與方程，而波浪場為高斯隨機過程。波浪可由方向譜描述，并提供波高的頻率與方向分布特征。方向譜包含了波浪場統(tǒng)計特征的所有內(nèi)容，包括能量的傳遞過程。時域分析對某些應(yīng)用非常重要，但對于功率分析頻率分析更適用。注：高斯模型被認為是能夠較為成功重現(xiàn)波浪變化性的模型。該變化的范圍內(nèi)生成并傳播的波浪隨機組成，上述波浪在此期間經(jīng)因此，某組1000秒波浪觀測樣本將區(qū)別于下一組1000秒的樣本，而再下一組樣本則有可能與第一組相似。據(jù)計算，30分鐘樣本的標(biāo)準(zhǔn)差約為平均值的10%，而1小時的標(biāo)準(zhǔn)差則下降到7%，上述計算均通過波譜理論計算公式獲得。其他通過連續(xù)記錄估計功率并直接計算變化性的方法并不適用，因為樣本長度不可能無限大以保證計算獲得準(zhǔn)確的功率。樣本不僅有時間部分變化，空間分布變化也很明顯。裝置點處的波浪條件與同時刻的測波點處的波浪一定不同，這對裝置工作性能評估非常重要。假設(shè)上述時空變化性等效，如波浪場的遍歷性特征，我們原則上可量化裝置工作性能評估的準(zhǔn)確性。8.2儀器布設(shè)8.2.1概述儀器應(yīng)與波浪能裝置足夠近以保證兩者所處區(qū)域的波候相同，但距離應(yīng)保證不受裝置折射或遮蔽效應(yīng)影響。8.2.2深水測試場假設(shè)初始場址調(diào)查未發(fā)現(xiàn)明顯的波型變化，則儀器布設(shè)需滿足下述要求：——儀器與裝置的水深應(yīng)相同；8T/QMEXXXX-2024——儀器與裝置應(yīng)位于主要波向的同側(cè)，例如：裝置的側(cè)面或前面；——裝置與儀器間夾角不應(yīng)大于20度。注：對最小夾角的規(guī)定是關(guān)于兩方面要求的一個簡潔表達：測波點與8.2.3淺水測試場多數(shù)情況下淺水區(qū)的儀器應(yīng)布設(shè)至足夠水深以保證測量的準(zhǔn)確性。多數(shù)測波裝置的水深要求為10m，但在5m的淺水區(qū)則會出現(xiàn)波浪破碎、反射、泥沙懸停及其他非線性影響。當(dāng)裝置位于淺水區(qū)時，波浪的快速空間變形將會出現(xiàn)，因此需有效評估裝置與裝置投放前測波點之間的波浪變化，需采用的功率傳遞函數(shù)應(yīng)按照5.7與5.8節(jié)計算。8.2.4測波儀器數(shù)量對于波浪能量均有貢獻的多個方向的波列，宜按需要布置多組測波儀器。8.3儀器種類波浪觀測儀器主要功能是在單一位置進行數(shù)月至數(shù)年的波浪觀測。因此，最合適的觀測儀器為固定位置的類型。該類型可靠性高，可進行在線數(shù)據(jù)記錄與自動傳輸。淺水區(qū)的準(zhǔn)確測試較有難度，波浪場極易受到反射影響且波浪易于破碎。此外，波向范圍較深水區(qū)更小，因此在淺水區(qū)對儀器波向測量的要求較小。注：最常用的儀器類型為隨波性浮子。該類浮子既可以是縱橫搖式浮另一類固定式儀器為聲學(xué)多普勒流速剖面儀（ADCP）。該類儀器可用于短時觀測且適宜于淺水區(qū)應(yīng)用（10m水深）。儀器多為底部固定式，采用向水面?zhèn)魉吐暷苊}沖的方式工作。聲能受到水中粒子（浮游生物或泥沙粒子）作用發(fā)生散射后被儀器接收到。水體發(fā)生運動則回傳信號發(fā)生多普勒頻移，可用于計算剖面流速。遙感系統(tǒng)可用于近岸測試系統(tǒng)（近岸至離岸數(shù)公里），稱為X波段雷達。該儀器可用于測量半平方公里范圍內(nèi)的高解析度方向譜。對于極淺水深，則宜采用壓力式傳感器。8.4波浪浮標(biāo)錨固波浪浮標(biāo)應(yīng)進行錨固且可對波浪運動產(chǎn)生反應(yīng)，同時保證大浪條件下的生存性。對于深水區(qū)以及石質(zhì)海底，特別是高流速區(qū)，浮子可能需要水下附體進行輔助錨固。由于浮標(biāo)較為脆弱，因此需采取措施進行保護以保證浮子生存。保護措施應(yīng)包括投放標(biāo)記浮子并廣泛宣傳波浪浮標(biāo)的投放情況。8.5儀器規(guī)格與率定所有波浪測量儀器均應(yīng)具有較高的準(zhǔn)確性及信號丟失率。儀器需具備可追溯的率定標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)應(yīng)主要包括方向、水面坡度、位置位移與采樣頻率。對于ADCP系統(tǒng)，測量單元深度與速度測量的準(zhǔn)確性都應(yīng)進行驗證，這是由于儀器是全淹沒的，ADCP的數(shù)據(jù)恢復(fù)方式需提前進行考慮。儀器的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)應(yīng)能夠提供方向譜數(shù)據(jù)，格式如8.6.3所示。8.6波浪數(shù)據(jù)的分析與展示9T/QMEXXXX-20248.6.1概述本節(jié)內(nèi)容主要列出在數(shù)據(jù)記錄中所需的信息，以便進行工作性能評估。各變量的定義也將在本節(jié)給8.6.2樣本數(shù)據(jù)記錄的信息內(nèi)容樣本應(yīng)按標(biāo)稱時刻歸檔。當(dāng)某個標(biāo)稱時刻對應(yīng)的文檔缺失時，則應(yīng)創(chuàng)建一個專門格式的“無數(shù)據(jù)”文檔。樣本數(shù)據(jù)記錄應(yīng)包含以下內(nèi)容：——日期與時間標(biāo)識；——深度，以m計。若潮差導(dǎo)致波浪群速增長超過5%，則考慮潮差影響的實際深度作為測試場的深度。除此之外，可采用平均水深?！P(guān)于包含方向特征的方差譜與功率譜信息的頻率列表；——數(shù)個可獲得的參數(shù)，包括功率、平均方向、波高與周期；——質(zhì)量控制標(biāo)示。當(dāng)按頻率形式記錄時，即稱為譜數(shù)據(jù)，否則8.6.3譜數(shù)據(jù)以下變量需進行記錄。角標(biāo)i應(yīng)從1遍歷至N，N為譜預(yù)估的數(shù)量。頻率fi：理論上頻率列表范圍應(yīng)從0.04Hz線性覆蓋至0.5Hz。頻率間隔通常不應(yīng)大于0.01Hz，但在譜峰與低頻區(qū)可適當(dāng)減小。若頻率間隔非線性，如指數(shù)分布，間隔應(yīng)進行合理設(shè)計以足夠精度滿足頻譜組成部分分析的需要。頻率間隔Δfi，頻譜估計中頻率的間隔。此外，文件頭中也應(yīng)包含相應(yīng)信息以保證頻譜估計中的頻率間隔計算。方差譜Si，每組頻率均應(yīng)給出波浪幅值的方差密度，單位為m2/Hz。功率譜：Pi=pgSivg(fi)..............................................................................(1)每組頻率對應(yīng)的功率（能流）以長度與頻率表征的密度形式表示，單位為kW/m/Hz。歸一化角諧波(A1,B1,A2,B2)i，不同變量方向分布傅里葉級數(shù)的復(fù)變角諧波應(yīng)按照每組頻率記錄。對于縱橫要波浪浮標(biāo)或等效系統(tǒng)則需進行復(fù)變調(diào)諧。當(dāng)出現(xiàn)更多角諧波時，均應(yīng)記錄在案。平均方向(θ1)i，按正北方向計的平均角度應(yīng)根據(jù)第一角諧波在各組頻率上給出：方向性系數(shù)（與模型無關(guān)一系列表征方向性分布的系數(shù)需被計算并用于報告。如下的中心諧波系數(shù)按如下公式定義，但無需記錄：M1=C1=............................................................................................................................................T/QMEXXXX-2024.................................................................方向分布（與模型無關(guān)）(σ1)i，波譜的方向分布均方根角度，由第一諧波計算而得，應(yīng)按照頻率逐一計算記錄：..............................................................................方向分布（與模型無關(guān)）(σ2)i，波譜的方向分布均方根角度，由第二諧波計算而得，應(yīng)按照頻率逐一計算記錄：.............................................................................偏斜度（與模型無關(guān)）yi，方向分布的偏斜度應(yīng)按照頻率逐一計算記錄：.............................................................................峰度（與模型無關(guān)）δi，方向分布的峰度應(yīng)按照頻率逐一計算記錄：............................................................................方向傳播系數(shù)(s1)i，方向分布模型中根據(jù)第一諧波按如下公式計算：cos2s.....................................................................其中F為正則函數(shù)。方向傳播系數(shù)應(yīng)按照如下公式各頻率逐一計算：................................................................................方向傳播系數(shù)(s2)i，方向分布模型中根據(jù)第二諧波按如下公式計算：.................................................................其中，8.6.4非譜數(shù)據(jù)如下變量需進行記錄：方差譜頻數(shù)矩mn，由n=-1至2進行計算：sifin............................................................................顯著波高Hs，由譜矩計算得：T/QMEXXXX-2024Hs=Hm=4平均跨零周期Tz，按如下公式計算：T=T0,2=............................................................................能量周期Te，能量周期的定義按下式計算：..................................................................................譜寬系數(shù)D，譜寬系數(shù)按下式計算：-1......................................................譜寬系數(shù)（功率權(quán)重）Dp，按下式計算：-1...............................................................該系數(shù)與D相似，但由S/f計算得到。在深水區(qū)表征功率譜正則回轉(zhuǎn)半徑。全向功率Pomni，頻譜中的全部功率，不考慮方向，計算可得全部頻率范圍內(nèi)的功率值：mni=.............................................................................波能方差Var(P)，全向波能的方差值應(yīng)按下式計算：........................................................................分向波能Pnett，按照方向分解的波能，按下式計算：ett=..............................................................................................................................................................................................................................功率加權(quán)平均方向θp，功率加權(quán)的平均方向，按照方向分解功率加權(quán)的方向矢量，按下式計算：θp=ATAN2(PN,PE)(+2π) 單向系數(shù)UI，單向性系數(shù)按下式計算：.................................................................................T/QMEXXXX-20249氣象觀測9.1概述全套的氣象觀測不必開展，但風(fēng)速與風(fēng)向的觀測對于開敞環(huán)境下的陸基或近岸測試場還是有必要進行的。相關(guān)記錄應(yīng)根據(jù)測試場的運行有計劃的進行。9.2風(fēng)速與風(fēng)向測量9.2.1概述氣象觀測將主要用于單一或陣列式波浪能裝置的工作性能后報評價中。上述工作常需要風(fēng)速風(fēng)向用于包括涌浪在內(nèi)的海況分析。在測試階段，若能開展風(fēng)速與風(fēng)向觀測也將是非常有幫助的。9.2.2儀器選擇風(fēng)速計與風(fēng)向標(biāo)應(yīng)能夠適應(yīng)海洋環(huán)境下的長期運行，并應(yīng)按照專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進行生產(chǎn)制造與率定，可提供電流/電壓輸出以供自動數(shù)據(jù)記錄之用。9.2.3儀器安置風(fēng)速計與風(fēng)向標(biāo)應(yīng)安裝在方圓300m內(nèi)無障礙的場地內(nèi)的桿頂。豎桿的高度按規(guī)范要求不宜小于10m。若上述高度難以滿足，則不應(yīng)小于4m。儀器安置地點應(yīng)為近岸陸基。若測試場滿足上述要求則在原址進行安裝。若測試場離岸超過20km，則需采用浮子式漂浮式固定。9.2.4數(shù)據(jù)記錄與處理進行風(fēng)速風(fēng)向測量的目的是按小時間隔的時長為1小時的平均風(fēng)速時間序列值，并配合波浪與裝置數(shù)據(jù)測量。由于風(fēng)的間歇性，應(yīng)適當(dāng)?shù)臏p小采樣頻率。建議采用10分鐘平均的風(fēng)速標(biāo)量與矢量值及風(fēng)向記錄模式，采集間隔為10分鐘。1小時數(shù)據(jù)可由上述樣本計算獲得，單位采用m/s，方向自正北向計。9.3溫度、壓力與濕度觀測可根據(jù)裝置開發(fā)者的要求進行觀測。10工作性能指標(biāo)的計算10.1概述本節(jié)給出的方法主要利用波浪功率與裝置輸出功率評估波浪能裝置的工作性能。盡管波浪能仍處于產(chǎn)業(yè)化的前端，本規(guī)范主要針對采用不同技術(shù)的產(chǎn)品開發(fā)階段的波浪能裝置。測試的結(jié)果將提供技術(shù)與經(jīng)濟上的可信內(nèi)容。10.2工作性能對參量的敏感性由于外海實測操作的經(jīng)驗較少，因此現(xiàn)有方法也處于摸索階段。由于外海的波浪功率主要取決于顯著波高的平方與能量周期，因此現(xiàn)有方法也是基于上述兩者的。其他變量包括平均波向，方向分布、頻譜寬度等對不同裝置工作性能的敏感度也有所不同。對于淺水區(qū)的底鉸鏈?zhǔn)窖b置，水深（潮流或其他長時變量）將變得非常重要。盡管如此，關(guān)聯(lián)上述變量與工作性能的實測數(shù)據(jù)仍太少。若有太多影響工作T/QMEXXXX-2024性能的變量，則上述關(guān)聯(lián)關(guān)系需進行考察，相關(guān)信息可查閱第6、9章。開展這項工作的目的是降低工作性能評價中的不確定性。10.3實測功率矩陣該方法已成為展示裝置工作性能的通用方法：顯著波高與能量周期的雙變量直方圖，每個網(wǎng)格上均包含在相關(guān)海況條件下的裝置平均輸出功率。與傳統(tǒng)表征方法比較起來，該方法可給出裝置在整個測試期間整體的描述。建議網(wǎng)格按0.5m間隔劃分顯著波高、1.0s間隔劃分能量周期，也可根據(jù)當(dāng)?shù)夭ê蜻M行調(diào)整。注：該方法一個不明顯的劣勢在于統(tǒng)計過程。由于海況的高度不確定部分要素未知或了解不深，因此明確每個網(wǎng)格上的不確定性非這是由于他們的變化高度依賴顯著波高及（特別是）能量周期另一個劣勢是波浪功率沒能展示出來。理想化的工作性能是在明確已知的波功率條件下所測量到的裝置輸出功率。除了深水外，波功率并非顯著波高與能量周期的一個簡單函數(shù)，因此即使忽略上述可變性，功率也難以被唯一定義。10.4捕獲長度本文件中提到的工作性能為裝置功率輸出與波功率的比值。波功率的單位為kW/m，裝置輸出功率的單位為kW，因此他們的比值為“長度”，該比值也就被稱為捕獲長度，該比值沒有表征效率的含義或指代裝置的任何尺寸，記作：.................................................................................由于該比值主要受到顯著波高與能量周期的制約，因此比值不會發(fā)生較為劇烈的變化。盡管比值的定義明確，但其數(shù)值仍有可能發(fā)生波動，標(biāo)準(zhǔn)誤差約為14%。因此有必要構(gòu)建另一個對應(yīng)的獨立矩陣以表征該數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)差。注：L是由兩個隨機變量決定的比值。盡管其統(tǒng)計規(guī)律尚未明確且會隨著裝置的布，也就是說裝置輸出功率也為卡方分布的數(shù)值。為了簡便起見，假設(shè)裝置輸出F分布，其平均值與變化率可表征為：其中，v1,v2分別為裝置功率與波功率的自由度數(shù)。我們可通過計算功率的標(biāo)準(zhǔn)差，從波功率估計中獲得自由 那么平均值則非常接近一個定值，正則標(biāo)準(zhǔn)誤差約為14%。通常，矩陣中包含n階比值L的估計，則誤差可降低 10.4.1對全向功率或沿方向分解功率的選擇對于深水測試場，無論選擇Pomni還是Pnett都取決于測試裝置的類型，但總體來說，單個裝置宜采用Pomni。此外，在淺水區(qū)由于考慮了反射的影響，因此宜采用Pnett。T/QMEXXXX-202410.4.2捕獲長