极端风剪切（EWS）
极端风剪切（Extreme Wind Shear, EWS）是风力发电机组设计中需要考虑的重要环境条件之一，国际电工委员会标准IEC 61400-1对其有明确定义和规范。
1. 定义与背景
极端风剪切（EWS）是指短时间内风速在垂直方向（高度变化）或水平方向的剧烈变化，可能对风力机叶片、塔筒和结构载荷产生显著影响。
IEC 61400-1将其归类为极端风况（Extreme Wind Condition）的一种，需在设计中通过载荷计算验证机组的安全性。
2. 模型构成
IEC 61400-1标准中定义了两种极端风剪切模型，用于载荷计算：
垂直方向正负剪切：
水平方向正负剪切：
其中：
σ₁：正常湍流模型的湍流标准偏差；
Λ₁：湍流尺度参数；
D：风轮直径。
选择可发生最大瞬时载荷出现的瞬时水平风切变情况。
这两种极端风切变不能同时应用。
IEC 61400-1标准的例子，极端垂直风切变(湍流类别A，2hub=30米，Vhub=25米/秒，D=42米)如下图所示，显示了0秒时的风切变和6秒时最大切变。
下图表示出风轮顶部和底部风切变随时间的变化。
3. IEC 61400-1对EWS的要求
IEC 61400-1标准对极端风剪切的定义和设计要求主要包括以下几点：
风速变化率：标准规定了EWS工况下风速的瞬时变化率，通常以风速梯度（m/s/m）或风速变化量（m/s）和时间（秒）的组合来描述。
载荷计算：在设计风力发电机组时，必须考虑EWS工况下的载荷，包括叶片的挥舞、摆振和扭转载荷，以及塔架的弯曲和扭转载荷。
安全系数：标准要求在设计过程中采用适当的安全系数，以确保机组在EWS工况下不会发生结构破坏或失效。
动态响应：机组控制系统需具备对EWS工况的响应能力，例如通过变桨控制或主动偏航来减轻载荷。
4、总结
极端风剪切在IEC 61400-1中是通过统计模型和动态载荷分析来确保风机安全性的关键因素。
设计者需结合标准定义的工况和场址特性，验证机组在极端风剪切下的结构完整性。
