NBT-并聯(lián)型風電變流器控制系統(tǒng)技術規(guī)范

NB/TXXXXX—XXXX

并聯(lián)型風電變流器控制系統(tǒng)技術規(guī)范

1范圍

本標準規(guī)定了并聯(lián)型風電變流器控制系統(tǒng)的基本技術要求及試驗方法等。

本標準適用于風力發(fā)電機組并聯(lián)型風電變流器控制系統(tǒng)（以下簡稱“控制系統(tǒng)”）。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

NB/T31017-2018風力發(fā)電機組主控制系統(tǒng)技術規(guī)范

NB/T31015-2018永磁風力發(fā)電機變流器技術規(guī)范

NB/T31014-2018雙饋風力發(fā)電機變流器技術規(guī)范

3術語和定義

下列術語和定義適用于本文件。

3.1

控制系統(tǒng)controlsystem

并聯(lián)型風機變流器接收風機主控制系統(tǒng)命令，控制變流器運行和保護，使其保持在穩(wěn)定范圍內運行

的系統(tǒng)。

3.2

變流單元converterunit

具有交直交功率變換功能的電力電子變換單元，包括PFC電感、網(wǎng)側三相橋臂組件、機側三相橋臂

組件、du/dt電感及變流單元控制器等。

3.3

并聯(lián)型風電變流器paralleledwindturbineconverter

由多個并聯(lián)連接的變流單元，以及配電裝置和散熱系統(tǒng)等構成，并通過控制系統(tǒng)協(xié)調控制實現(xiàn)更大

運行功率的風電變流器。多個并聯(lián)連接的變流單元一般采用網(wǎng)側并聯(lián)、機側并聯(lián)或機網(wǎng)側并聯(lián)的并聯(lián)方

式。

3.4

變流器控制器convertercontroller

1

NB/TXXXXX—XXXX

獨立于變流單元，控制并聯(lián)型風電變流器整體運行的控制器。

3.5

變流單元控制器converterunitcontroller

變流單元內部,控制本變流單元運行的控制器。

3.6

變流單元配置converterunitconfiguration

并聯(lián)型風電變流器配置的變流單元數(shù)量用M表示：M=N+X；

N：基本變流單元數(shù)，額定功率運行所必須數(shù)量；

X：大于等于1時，表示配置的變流單元數(shù)滿足額定功率運行之外還有冗余。

3.7

非滿配置運行non-fullconfigurationoperation

并聯(lián)型風電變流器在部分變流單元故障退出運行后，采用人工干預或自動啟動方式，部分正常的變

流單元恢復正常運行狀態(tài)。

3.8

變流器功率可用率poweravailabilityofparallelwindpowerconverter

并聯(lián)型風電變流器根據(jù)當前可用變流單元數(shù)量，計算其系統(tǒng)可運行功率相對于變流器額定功率的比

例。

3.9

變流單元電流額定值ratedcurrentofconverterunit

變流單元宣稱能長期運行的電流，或并聯(lián)型風電變流器僅N個變流單元運行，運行電流是額定電流

時，各運行的變流單元應平均承擔的電流，用Iir表示。

3.10

零序環(huán)流系數(shù)zerosequencecirculatingcurrentcoefficient

并聯(lián)型風電變流器運行時存在不流入電網(wǎng)和電機，在變流單元之間流動的零序環(huán)流電流。將變流單

元三相電流采樣數(shù)據(jù)處理后得到的零序分量值與變流單元額定電流值的比值，用百分數(shù)表示：

?0

?0=×100%

???

式中：

K0——零序環(huán)流系數(shù)；

I0——零序電流有效值。

3.11

2

NB/TXXXXX—XXXX

變流單元電流不均衡度currentunbalancedegreeofconverterunit

并聯(lián)型風電變流器各變流單元同相實際輸出電流在并聯(lián)端不均衡，其不均衡程度用變流單元電流不

均衡度表示：

|???（??/?）|

??=×100%

???

Ki——變流單元電流不均衡度；

Ii——變流單元實際電流；

It——并聯(lián)型風電變流器并聯(lián)點總電流。

3.12

集中控制centralizedcontrol

并聯(lián)型風電變流器系統(tǒng)由變流器控制器統(tǒng)一控制，各變流單元控制器執(zhí)行指令運行的控制方式。

3.13

主從控制master-slavecontrol

變流單元控制器具備完全控制能力，作為主控制器的變流單元控制器下發(fā)指令和同步信號給其他作

為從控制器的變流單元控制器，從控制器接收主控制器指令及同步信號并執(zhí)行的控制方式。

3.14

獨立控制independentcontrol

每一個變流單元控制器均與風電機組主控連接，各變流單元控制器獨立控制各變流單元運行的控制

方式。

4技術要求

如無特殊規(guī)定，并聯(lián)型全功率風電變流器應滿足NB/T31015中規(guī)定的功能性能要求，并聯(lián)型雙饋式

風電變流器應滿足NB/T31014中規(guī)定的功能性能要求。

4.1控制方式

控制方式應符合系統(tǒng)構成及運行方式要求，可采用集中控制方式、主從控制方式或者獨立控制等，

控制方式應符合附錄A的規(guī)定。

4.2運行邏輯

4.2.1并聯(lián)型風電變流器啟機控制

控制系統(tǒng)接收風電機組主控制系統(tǒng)啟機命令后，各變流單元可同時或逐個啟機，并實時將并聯(lián)型變

流器系統(tǒng)狀態(tài)反饋給主控?？刂葡到y(tǒng)在只有部分變流單元正常的情況下，應能啟動正常變流單元，并保

持故障變流單元的切除狀態(tài)?？刂葡到y(tǒng)應和風電機組主控制系統(tǒng)在啟機策略上達成一致。

4.2.2并聯(lián)型風電變流器停機控制

3

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控制系統(tǒng)接收風電機組主控制系統(tǒng)命令停機，或故障條件觸發(fā)停機。正常停機過程中，不同變流單

元控制器應協(xié)調配合，各變流單元可同時或逐個停機，以減小對風電機組的電氣和機械沖擊，最長停機

時間不應超過機組規(guī)定值。故障停機時，控制系統(tǒng)應和風電機組主控制系統(tǒng)在停機策略上達成一致。

4.2.3并聯(lián)型風電變流器運行控制

控制系統(tǒng)應實時根據(jù)變流單元的可運行數(shù)量，計算并聯(lián)型風電變流器可用容量，實時上報給風電機

組主控制系統(tǒng)，并根據(jù)風電機組主控制系統(tǒng)指令協(xié)調并聯(lián)型風電變流器高效運行。

當并聯(lián)型風電變流器發(fā)生單個或多個變流單元故障時，控制系統(tǒng)應根據(jù)運行控制策略實現(xiàn)非滿配置

運行，以提升并聯(lián)型風電變流器運行的可靠性和利用率。

4.2.4并聯(lián)型風電變流器保護功能

控制系統(tǒng)在變流單元出現(xiàn)異?；虺^其可承受限值時，應能觸發(fā)故障保護的功能，以保護并聯(lián)型風

電變流器和風電機組。

對于會造成系統(tǒng)損壞的故障，控制系統(tǒng)應及時切除故障變流單元，防止故障的擴大，同時并聯(lián)系統(tǒng)

其余變流單元應能被可靠保護。對于不會造成系統(tǒng)損壞的故障，且控制系統(tǒng)正常運行的條件下，將故障

信息做好處理并報給風電機組主控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)應能進行故障變流單元減載停機控制?？刂葡到y(tǒng)應

和風電機組主控制系統(tǒng)在保護功能策略上達成一致。

4.3性能要求

4.3.1零序環(huán)流抑制

并聯(lián)型風電變流器應具備環(huán)流抑制能力，零序環(huán)流系數(shù)不大于5%。

4.3.2變流單元電流不均衡度

額定運行條件下，并聯(lián)型風電變流器各變流單元電流不均衡度應不大于5%。

注：一般采用等容量變流單元并聯(lián)，對于不等容量并聯(lián)，變流單元電流不均衡度不在此標準做約束。

5試驗方法

5.1試驗平臺

試驗平臺可由主控模擬裝置和常規(guī)的變流器實物構成，推薦試驗平臺見圖1和圖2，或采用半實物仿

真平臺作為等效試驗平臺。實物試驗平臺應具備與實際工作等效的電氣條件，宜模擬風場條件。半實物

仿真平臺步長和實時性應滿足與實物平臺基本一致。

4

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圖1全功率并聯(lián)型風機變流器測試平臺示意圖

圖2雙饋并聯(lián)型風機變流器測試平臺示意圖

5.2測試測量設備

測量儀器儀表應滿足以下要求：

a）試驗中的測量儀器、儀表、傳感器均應經計量部門檢定并在有效期內，且在被測頻率范圍內滿

足精度要求；

b）試驗時采用的電氣測量儀表的精度應不低于0.5級（兆歐表除外），電流互感器的準確度不低于

0.2級，溫度計的誤差不應大于±1℃，其他非電氣測量儀表的準確度相當于1.0級且應符合相關標準的

規(guī)定。若產品試驗要求更高一級的測試儀表，應在產品技術協(xié)議中明確規(guī)定。

5

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5.3試驗項目

5.3.1變流器啟機控制試驗

額定的電網(wǎng)條件和對應的電機工況下，主控模擬裝置下發(fā)啟機命令給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)當前

變流單元配置情況應按照啟機控制邏輯正常啟機?；蛲ㄟ^半實物仿真平臺，模擬上述試驗條件對控制系

統(tǒng)進行啟機控制測試。測試結果應滿足4.2.1的要求。

5.3.2變流器停機控制試驗

在并聯(lián)型風電變流器額定運行條件下，通過主控模擬裝置下發(fā)停機命令給控制系統(tǒng)，或通過觸發(fā)控

制系統(tǒng)故障保護條件，進行停機控制測試。或可通過半實物仿真平臺，模擬上述試驗條件對控制系統(tǒng)進

行測試。測試結果應滿足4.2.2的要求。

5.3.3零序環(huán)流抑制試驗

并聯(lián)型風電變流器一般分為網(wǎng)側機側并聯(lián)、網(wǎng)側并聯(lián)機側獨立、網(wǎng)側獨立機側并聯(lián)三種方式。

對于網(wǎng)側機側并聯(lián)變流器，環(huán)流測試方法如下：

圖3網(wǎng)側機側并聯(lián)變流器測試示意圖

1）在額定電網(wǎng)電壓、額定電網(wǎng)頻率、網(wǎng)側變流器輸出額定功率條件下，使用數(shù)據(jù)采集儀和電流互

感器分別測試并記錄變流單元網(wǎng)側1~N的三相電流瞬時值、變流單元機側1~N的三相電流瞬時值。

2）按照附錄B中的零序分量計算方式，分別計算出變流單元網(wǎng)側1~N、變流單元機側1~N的零序電流

有效值。取變流單元網(wǎng)側中的零序電流Ig0max和變流單元機側中的零序電流Im0max分別計算出變流單元網(wǎng)側

和變流單元機側的零序環(huán)流系數(shù)。

在額定工況下，按照相同的采樣和零序分量計算方式，分別計算出機側變流單元1~N的零序電流有

效值。取機側變流單元中的零序電Im0max計算出機側變流單元的零序環(huán)流系數(shù)。

并聯(lián)型風電變流器額定運行條件下，變流單元之間的零序環(huán)流應滿足4.3.1的要求。

5.3.4變流單元電流不均衡度試驗

變流單元電流不均衡度在額定電網(wǎng)電壓、額定電網(wǎng)頻率、網(wǎng)側變流器輸出額定功率條件下進行測試，

使用數(shù)據(jù)采集儀和電流互感器采集電流數(shù)據(jù)。

對于網(wǎng)側機側并聯(lián)變流器，采用圖3的方式進行測試。

1）采集變流單元網(wǎng)側1~N的三相電流瞬時值、變流單元機側1~N的三相電流瞬時值數(shù)據(jù)；

6

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2）按照附錄B中有效值計算方式，分別計算出變流單元網(wǎng)側1~N、變流單元機側1~N的電流有效值，

并按照3.11中的定義計算出變流單元網(wǎng)側和變流單元機側的電流不均衡度。

對于網(wǎng)側并聯(lián)機側獨立變流器，采用圖4的方式進行測試。

圖4網(wǎng)側并聯(lián)機側獨立變流器測試示意圖

1）采集變流單元網(wǎng)側1~N的三相電流瞬時值數(shù)據(jù)；

2）按照附錄B中有效值計算方式，分別計算出變流單元網(wǎng)側1~N的電流有效值，并按照3.11中的定

義計算出變流單元網(wǎng)側的電流不均衡度。

對于網(wǎng)側獨立機側并聯(lián)變流器，采用圖5的方式進行測試。

圖5網(wǎng)側獨立機側并聯(lián)變流器測試示意圖

1）采集變流單元機側1~N的三相電流瞬時值數(shù)據(jù)；

2）按照附錄B中有效值計算方式，分別計算出變流單元機側1~N的電流有效值，并按照3.11中的定

義計算出變流單元機側的電流不均衡度。

并聯(lián)型風電變流器額定運行條件下，變流單元電流不均衡度應滿足4.3.2的要求。

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附錄A

（資料性附錄）

典型控制方式

A.1集中控制方式

集中控制的控制系統(tǒng)由變流器控制器和變流單元控制器組成，示意圖見圖A.1。

風電機組主控系統(tǒng)

變流器控制器

變流單元1控制器變流單元n控制器

圖A.1集中控制方式控制系統(tǒng)示意圖

變流器控制器與風電機組主控制系統(tǒng)進行實時通信和變流單元控制器進行實時通信。變流器控制器

接收風電機組主控制系統(tǒng)下發(fā)的控制字，執(zhí)行算法和邏輯功能，并下發(fā)指令給變流單元控制器。變流單

元控制器接收變流器控制器指令，并運行。

A.2主從控制方式

主從控制的控制系統(tǒng)由具備完全控制能力的變流單元控制器組成，示意圖見圖A.2。

圖A.2主從控制方式控制系統(tǒng)（串行拓撲）示意圖

主從控制系統(tǒng)中作為主控制器的變流單元控制器與風電機組主控制系統(tǒng)進行實時通信,與其他變流

單元控制器進行實時通信。當主控制器由于故障等原因退出時，有新的主控制器產生。并聯(lián)變流單元控

制器鏈接可以是串行拓撲，星型拓撲或環(huán)形拓撲等。

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NB/TXXXXX—XXXX

A.3獨立控制方式

獨立控制方式控制系統(tǒng)，變流單元控制器各自與風電機組主控制系統(tǒng)進行通信，獨立執(zhí)行風電機組

主控制系統(tǒng)指令，各控制器之間保持并聯(lián)同步運行。獨立控制方式控制系統(tǒng)示意圖見圖A.3。

風電機組主控系統(tǒng)

變流單元控制器1變流單元控制器2變流單元控制器n

圖A.3獨立控制方式控制系統(tǒng)示意圖

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NB/TXXXXX—XXXX

附錄B

（資料性附錄）

B.1零序分量計算方式

零序分量為網(wǎng)側變流單元或機側變流單元三相輸出電流瞬時值求和并進行有效值計算得到的值。數(shù)

據(jù)采集裝置和電流互感器帶寬均需大于10MHz。當并聯(lián)型風機變流器達到額定運行工況后，開始采集數(shù)

據(jù)，數(shù)據(jù)采集時間為1min。

零序分量瞬時值計算：

?0=??+??+??..........…..（B.1）

零序分量有效值計算方法：

?

∫?2??

?=00..........…..（B.2）

0????

式中：

I0——零序分量瞬時值；

I0rms——零序分量有效值；

Ia——a相電流瞬時值；

Ib——b相電流瞬時值；

Ic——c相電流瞬時值；

T——滑窗時間，推薦值為一個基波周期。

B.2有效值計算方式

數(shù)據(jù)采集裝置和電流互感器帶寬均需大于10MHz。當并聯(lián)型風機變流器達到額定運行工況后，開始

采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集時間為1min。有效值計算方式為測量相電流后，首先計算一個基波周期內基波分量

的傅里葉系數(shù)。（這里僅給出a相電流ia的計算等式，其他相電流的計算方法與之相同）。

2?

?=∫?(?)cos?(2???)??..........…..（B.3）

?,????????1

2?

?=∫?(?)sin?(2???)??.....………..（B.4）

?,????????1

式中：

f1――基波頻率。

其基波相電壓有效值：

?2+?2

?=√?,????,???………………..（B.5）

?12

________________________________

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ICS

NB

中華人民共和國能源行業(yè)標準

NB/Txxxxx—xxxx

并聯(lián)型風電變流器控制系統(tǒng)技術規(guī)范

Technicalspecificationforcontrolsystemofparalleledwindpower

converter

（征求意見稿）

NB/TXXXX—202X

部件名稱測點名稱傳感器頻率范圍

低頻振動加速度傳感器

主軸承徑向

主軸承

低頻振動加速度傳感器

主軸承軸向（選配）

低頻振動加速度傳感器

齒輪箱輸入端徑向

低頻振動加速度傳感器

齒輪箱一級行星級徑向

通頻振動加速度傳感器

齒輪箱齒輪箱二級行星級徑向

通頻振動加速度傳感器

齒輪箱三級行星級徑向

齒輪箱輸出軸軸向通頻振動加速度傳感器

通頻振動加速度傳感器

發(fā)電機徑向1

發(fā)電機

通頻振動加速度傳感器

發(fā)電機徑向2

注：發(fā)電機測點根據(jù)發(fā)電機的結構，測點選擇1個或2個。

半直驅式風電機組“雙主軸承+齒輪箱（三級行星）”振動測點配置見表A.7。

表A.7半直驅式“雙主軸承+齒輪箱（三級行星）”結構測點配置

部件名稱測點名稱傳感器頻率范圍

前主軸承徑向0.1Hz～≥10000Hz

主軸承

后主軸承徑向0.1Hz～≥10000Hz

齒輪箱輸入端徑向0.1Hz～≥10000Hz

齒輪箱一級行星級徑向0.1Hz～≥10000Hz

齒輪箱齒輪箱二級行星級徑向0.5Hz～≥10000Hz

齒輪箱三級行星級徑向0.5Hz～≥10000Hz

齒輪箱輸出軸軸向通頻振動加速度傳感器

發(fā)電機徑向10.5Hz～≥10000Hz

發(fā)電機

發(fā)電機徑向20.5Hz～≥10000Hz

注：發(fā)電機測點根據(jù)發(fā)電機的結構，測點選擇1個或2個。

半直驅式風電機組“主軸承+齒輪箱（二級行星）”振動測點配置見表A.8

表A.8半直驅式“主軸承（內置）+齒輪箱（二級行星）”結構測點配置

部件名稱測點名稱傳感器頻率范圍

主軸承主軸承徑向0.1Hz～≥10000Hz

齒輪箱一級行星級徑向（1點）0.1Hz～≥10000Hz

齒輪箱

齒輪箱二級行星級徑向（11點）0.5Hz～≥10000Hz

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NB/T20216—xx