NBT-并联型风电变流器控制系统技术规范

NB/TXXXXX—XXXX

并联型风电变流器控制系统技术规范

1范围

本标准规定了并联型风电变流器控制系统的基本技术要求及试验方法等。

本标准适用于风力发电机组并联型风电变流器控制系统（以下简称“控制系统”）。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

NB/T31017-2018风力发电机组主控制系统技术规范

NB/T31015-2018永磁风力发电机变流器技术规范

NB/T31014-2018双馈风力发电机变流器技术规范

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

控制系统controlsystem

并联型风机变流器接收风机主控制系统命令，控制变流器运行和保护，使其保持在稳定范围内运行

的系统。

3.2

变流单元converterunit

具有交直交功率变换功能的电力电子变换单元，包括PFC电感、网侧三相桥臂组件、机侧三相桥臂

组件、du/dt电感及变流单元控制器等。

3.3

并联型风电变流器paralleledwindturbineconverter

由多个并联连接的变流单元，以及配电装置和散热系统等构成，并通过控制系统协调控制实现更大

运行功率的风电变流器。多个并联连接的变流单元一般采用网侧并联、机侧并联或机网侧并联的并联方

式。

3.4

变流器控制器convertercontroller

1

NB/TXXXXX—XXXX

独立于变流单元，控制并联型风电变流器整体运行的控制器。

3.5

变流单元控制器converterunitcontroller

变流单元内部,控制本变流单元运行的控制器。

3.6

变流单元配置converterunitconfiguration

并联型风电变流器配置的变流单元数量用M表示：M=N+X；

N：基本变流单元数，额定功率运行所必须数量；

X：大于等于1时，表示配置的变流单元数满足额定功率运行之外还有冗余。

3.7

非满配置运行non-fullconfigurationoperation

并联型风电变流器在部分变流单元故障退出运行后，采用人工干预或自动启动方式，部分正常的变

流单元恢复正常运行状态。

3.8

变流器功率可用率poweravailabilityofparallelwindpowerconverter

并联型风电变流器根据当前可用变流单元数量，计算其系统可运行功率相对于变流器额定功率的比

例。

3.9

变流单元电流额定值ratedcurrentofconverterunit

变流单元宣称能长期运行的电流，或并联型风电变流器仅N个变流单元运行，运行电流是额定电流

时，各运行的变流单元应平均承担的电流，用Iir表示。

3.10

零序环流系数zerosequencecirculatingcurrentcoefficient

并联型风电变流器运行时存在不流入电网和电机，在变流单元之间流动的零序环流电流。将变流单

元三相电流采样数据处理后得到的零序分量值与变流单元额定电流值的比值，用百分数表示：

퐼0

퐾0=×100%

퐼푖푟

式中：

K0——零序环流系数；

I0——零序电流有效值。

3.11

2

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变流单元电流不均衡度currentunbalancedegreeofconverterunit

并联型风电变流器各变流单元同相实际输出电流在并联端不均衡，其不均衡程度用变流单元电流不

均衡度表示：

|퐼푖−（퐼푡/푀）|

퐾푖=×100%

퐼푖푟

Ki——变流单元电流不均衡度；

Ii——变流单元实际电流；

It——并联型风电变流器并联点总电流。

3.12

集中控制centralizedcontrol

并联型风电变流器系统由变流器控制器统一控制，各变流单元控制器执行指令运行的控制方式。

3.13

主从控制master-slavecontrol

变流单元控制器具备完全控制能力，作为主控制器的变流单元控制器下发指令和同步信号给其他作

为从控制器的变流单元控制器，从控制器接收主控制器指令及同步信号并执行的控制方式。

3.14

独立控制independentcontrol

每一个变流单元控制器均与风电机组主控连接，各变流单元控制器独立控制各变流单元运行的控制

方式。

4技术要求

如无特殊规定，并联型全功率风电变流器应满足NB/T31015中规定的功能性能要求，并联型双馈式

风电变流器应满足NB/T31014中规定的功能性能要求。

4.1控制方式

控制方式应符合系统构成及运行方式要求，可采用集中控制方式、主从控制方式或者独立控制等，

控制方式应符合附录A的规定。

4.2运行逻辑

4.2.1并联型风电变流器启机控制

控制系统接收风电机组主控制系统启机命令后，各变流单元可同时或逐个启机，并实时将并联型变

流器系统状态反馈给主控。控制系统在只有部分变流单元正常的情况下，应能启动正常变流单元，并保

持故障变流单元的切除状态。控制系统应和风电机组主控制系统在启机策略上达成一致。

4.2.2并联型风电变流器停机控制

3

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控制系统接收风电机组主控制系统命令停机，或故障条件触发停机。正常停机过程中，不同变流单

元控制器应协调配合，各变流单元可同时或逐个停机，以减小对风电机组的电气和机械冲击，最长停机

时间不应超过机组规定值。故障停机时，控制系统应和风电机组主控制系统在停机策略上达成一致。

4.2.3并联型风电变流器运行控制

控制系统应实时根据变流单元的可运行数量，计算并联型风电变流器可用容量，实时上报给风电机

组主控制系统，并根据风电机组主控制系统指令协调并联型风电变流器高效运行。

当并联型风电变流器发生单个或多个变流单元故障时，控制系统应根据运行控制策略实现非满配置

运行，以提升并联型风电变流器运行的可靠性和利用率。

4.2.4并联型风电变流器保护功能

控制系统在变流单元出现异常或超过其可承受限值时，应能触发故障保护的功能，以保护并联型风

电变流器和风电机组。

对于会造成系统损坏的故障，控制系统应及时切除故障变流单元，防止故障的扩大，同时并联系统

其余变流单元应能被可靠保护。对于不会造成系统损坏的故障，且控制系统正常运行的条件下，将故障

信息做好处理并报给风电机组主控制系统，控制系统应能进行故障变流单元减载停机控制。控制系统应

和风电机组主控制系统在保护功能策略上达成一致。

4.3性能要求

4.3.1零序环流抑制

并联型风电变流器应具备环流抑制能力，零序环流系数不大于5%。

4.3.2变流单元电流不均衡度

额定运行条件下，并联型风电变流器各变流单元电流不均衡度应不大于5%。

注：一般采用等容量变流单元并联，对于不等容量并联，变流单元电流不均衡度不在此标准做约束。

5试验方法

5.1试验平台

试验平台可由主控模拟装置和常规的变流器实物构成，推荐试验平台见图1和图2，或采用半实物仿

真平台作为等效试验平台。实物试验平台应具备与实际工作等效的电气条件，宜模拟风场条件。半实物

仿真平台步长和实时性应满足与实物平台基本一致。

4

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图1全功率并联型风机变流器测试平台示意图

图2双馈并联型风机变流器测试平台示意图

5.2测试测量设备

测量仪器仪表应满足以下要求：

a）试验中的测量仪器、仪表、传感器均应经计量部门检定并在有效期内，且在被测频率范围内满

足精度要求；

b）试验时采用的电气测量仪表的精度应不低于0.5级（兆欧表除外），电流互感器的准确度不低于

0.2级，温度计的误差不应大于±1℃，其他非电气测量仪表的准确度相当于1.0级且应符合相关标准的

规定。若产品试验要求更高一级的测试仪表，应在产品技术协议中明确规定。

5

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5.3试验项目

5.3.1变流器启机控制试验

额定的电网条件和对应的电机工况下，主控模拟装置下发启机命令给控制系统，控制系统根据当前

变流单元配置情况应按照启机控制逻辑正常启机。或通过半实物仿真平台，模拟上述试验条件对控制系

统进行启机控制测试。测试结果应满足4.2.1的要求。

5.3.2变流器停机控制试验

在并联型风电变流器额定运行条件下，通过主控模拟装置下发停机命令给控制系统，或通过触发控

制系统故障保护条件，进行停机控制测试。或可通过半实物仿真平台，模拟上述试验条件对控制系统进

行测试。测试结果应满足4.2.2的要求。

5.3.3零序环流抑制试验

并联型风电变流器一般分为网侧机侧并联、网侧并联机侧独立、网侧独立机侧并联三种方式。

对于网侧机侧并联变流器，环流测试方法如下：

图3网侧机侧并联变流器测试示意图

1）在额定电网电压、额定电网频率、网侧变流器输出额定功率条件下，使用数据采集仪和电流互

感器分别测试并记录变流单元网侧1~N的三相电流瞬时值、变流单元机侧1~N的三相电流瞬时值。

2）按照附录B中的零序分量计算方式，分别计算出变流单元网侧1~N、变流单元机侧1~N的零序电流

有效值。取变流单元网侧中的零序电流Ig0max和变流单元机侧中的零序电流Im0max分别计算出变流单元网侧

和变流单元机侧的零序环流系数。

在额定工况下，按照相同的采样和零序分量计算方式，分别计算出机侧变流单元1~N的零序电流有

效值。取机侧变流单元中的零序电Im0max计算出机侧变流单元的零序环流系数。

并联型风电变流器额定运行条件下，变流单元之间的零序环流应满足4.3.1的要求。

5.3.4变流单元电流不均衡度试验

变流单元电流不均衡度在额定电网电压、额定电网频率、网侧变流器输出额定功率条件下进行测试，

使用数据采集仪和电流互感器采集电流数据。

对于网侧机侧并联变流器，采用图3的方式进行测试。

1）采集变流单元网侧1~N的三相电流瞬时值、变流单元机侧1~N的三相电流瞬时值数据；

6

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2）按照附录B中有效值计算方式，分别计算出变流单元网侧1~N、变流单元机侧1~N的电流有效值，

并按照3.11中的定义计算出变流单元网侧和变流单元机侧的电流不均衡度。

对于网侧并联机侧独立变流器，采用图4的方式进行测试。

图4网侧并联机侧独立变流器测试示意图

1）采集变流单元网侧1~N的三相电流瞬时值数据；

2）按照附录B中有效值计算方式，分别计算出变流单元网侧1~N的电流有效值，并按照3.11中的定

义计算出变流单元网侧的电流不均衡度。

对于网侧独立机侧并联变流器，采用图5的方式进行测试。

图5网侧独立机侧并联变流器测试示意图

1）采集变流单元机侧1~N的三相电流瞬时值数据；

2）按照附录B中有效值计算方式，分别计算出变流单元机侧1~N的电流有效值，并按照3.11中的定

义计算出变流单元机侧的电流不均衡度。

并联型风电变流器额定运行条件下，变流单元电流不均衡度应满足4.3.2的要求。

7

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附录A

（资料性附录）

典型控制方式

A.1集中控制方式

集中控制的控制系统由变流器控制器和变流单元控制器组成，示意图见图A.1。

风电机组主控系统

变流器控制器

变流单元1控制器变流单元n控制器

图A.1集中控制方式控制系统示意图

变流器控制器与风电机组主控制系统进行实时通信和变流单元控制器进行实时通信。变流器控制器

接收风电机组主控制系统下发的控制字，执行算法和逻辑功能，并下发指令给变流单元控制器。变流单

元控制器接收变流器控制器指令，并运行。

A.2主从控制方式

主从控制的控制系统由具备完全控制能力的变流单元控制器组成，示意图见图A.2。

图A.2主从控制方式控制系统（串行拓扑）示意图

主从控制系统中作为主控制器的变流单元控制器与风电机组主控制系统进行实时通信,与其他变流

单元控制器进行实时通信。当主控制器由于故障等原因退出时，有新的主控制器产生。并联变流单元控

制器链接可以是串行拓扑，星型拓扑或环形拓扑等。

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NB/TXXXXX—XXXX

A.3独立控制方式

独立控制方式控制系统，变流单元控制器各自与风电机组主控制系统进行通信，独立执行风电机组

主控制系统指令，各控制器之间保持并联同步运行。独立控制方式控制系统示意图见图A.3。

风电机组主控系统

变流单元控制器1变流单元控制器2变流单元控制器n

图A.3独立控制方式控制系统示意图

9

NB/TXXXXX—XXXX

附录B

（资料性附录）

B.1零序分量计算方式

零序分量为网侧变流单元或机侧变流单元三相输出电流瞬时值求和并进行有效值计算得到的值。数

据采集装置和电流互感器带宽均需大于10MHz。当并联型风机变流器达到额定运行工况后，开始采集数

据，数据采集时间为1min。

零序分量瞬时值计算：

퐼0=퐼푎+퐼푏+퐼푐..........…..（B.1）

零序分量有效值计算方法：

푇

∫퐼2푑푡

퐼=00..........…..（B.2）

0푟푚푠푇

式中：

I0——零序分量瞬时值；

I0rms——零序分量有效值；

Ia——a相电流瞬时值；

Ib——b相电流瞬时值；

Ic——c相电流瞬时值；

T——滑窗时间，推荐值为一个基波周期。

B.2有效值计算方式

数据采集装置和电流互感器带宽均需大于10MHz。当并联型风机变流器达到额定运行工况后，开始

采集数据，数据采集时间为1min。有效值计算方式为测量相电流后，首先计算一个基波周期内基波分量

的傅里叶系数。（这里仅给出a相电流ia的计算等式，其他相电流的计算方法与之相同）。

2푡

푖=∫푢(푡)cos⁡(2휋푓푡)푑푡..........…..（B.3）

푎,푐표푠푇푡−푇푎1

2푡

푖=∫푢(푡)sin⁡(2휋푓푡)푑푡.....………..（B.4）

푎,푠푖푛푇푡−푇푎1

式中：

f1――基波频率。

其基波相电压有效值：

푖2+푖2

퐼=√푎,푐표푠푎,푠푖푛………………..（B.5）

푎12

________________________________

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ICS

NB

中华人民共和国能源行业标准

NB/Txxxxx—xxxx

并联型风电变流器控制系统技术规范

Technicalspecificationforcontrolsystemofparalleledwindpower

converter

（征求意见稿）

NB/TXXXX—202X

部件名称测点名称传感器频率范围

低频振动加速度传感器

主轴承径向

主轴承

低频振动加速度传感器

主轴承轴向（选配）

低频振动加速度传感器

齿轮箱输入端径向

低频振动加速度传感器

齿轮箱一级行星级径向

通频振动加速度传感器

齿轮箱齿轮箱二级行星级径向

通频振动加速度传感器

齿轮箱三级行星级径向

齿轮箱输出轴轴向通频振动加速度传感器

通频振动加速度传感器

发电机径向1

发电机

通频振动加速度传感器

发电机径向2

注：发电机测点根据发电机的结构，测点选择1个或2个。

半直驱式风电机组“双主轴承+齿轮箱（三级行星）”振动测点配置见表A.7。

表A.7半直驱式“双主轴承+齿轮箱（三级行星）”结构测点配置

部件名称测点名称传感器频率范围

前主轴承径向0.1Hz～≥10000Hz

主轴承

后主轴承径向0.1Hz～≥10000Hz

齿轮箱输入端径向0.1Hz～≥10000Hz

齿轮箱一级行星级径向0.1Hz～≥10000Hz

齿轮箱齿轮箱二级行星级径向0.5Hz～≥10000Hz

齿轮箱三级行星级径向0.5Hz～≥10000Hz

齿轮箱输出轴轴向通频振动加速度传感器

发电机径向10.5Hz～≥10000Hz

发电机

发电机径向20.5Hz～≥10000Hz

注：发电机测点根据发电机的结构，测点选择1个或2个。

半直驱式风电机组“主轴承+齿轮箱（二级行星）”振动测点配置见表A.8

表A.8半直驱式“主轴承（内置）+齿轮箱（二级行星）”结构测点配置

部件名称测点名称传感器频率范围

主轴承主轴承径向0.1Hz～≥10000Hz

齿轮箱一级行星级径向（1点）0.1Hz～≥10000Hz

齿轮箱

齿轮箱二级行星级径向（11点）0.5Hz～≥10000Hz

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NB/T20216—xx