1、ICS 27. 180 F 11 gB 中华人民共春日国国家标准GB/T 20320一2006/IEC61400-21 : 200 1 凤力发电机组电能质量测量和评估方法Measurement and assessment of power quality characteristics of wind turbine generator system CIEC 61400-21: 2001 , Measurement and assessment of power quality characteristics of grid connected wind turbines, IDT) 20
2、06-07由20发布中华人民共和国国家质量监督检验检瘦总局中国国家标准化管理委员会2007-01-01实施发布G/T 20320-2006/IEC 61400-21 : 200 1 目次前言.1 1 范围.2 规范性引用文件3 术语和定义.4 符号与单位.4 5 缩写.6 机组电能质量特性参数.6 7 测量程序. 7 8 功率质量评估.14 附录A(资料性附录)测试报告样表.17 附录B(资料性附录)电压波动及闪变.21 参考文献.27 GB/T 20320一2006/IEC61400亿1: 200 1 前言本标准等同采用IEC61400-21 :2001(风力发电机组电能质量测量和评估方法(
3、英文版)。本标准等同翻译IEC61400-21:2001。为便于使用，本标准作了如下编辑性修改:一一删除IEC61400-21:2001的前言和引吉;一一-用采用IEC标准的我国标准代替对应的IEC标准;一一在第5章缩写中保留了A/D变送器和机组，其余5项缩写:高压(HV)、低压(LV)、中压(MV)、公共供电点(PCC)和均方根(RMS)未保留。本标准的附录A、附录B为资料性附录。本标准由中国机械工业联合会提出。本标准由全国风力机械标准化技术委员会(SAC/TC50)归口。本标准起草单位:新疆金风科技股份有限责任公司、全国风力机械标准化技术委员会秘书处等。本标准主要起草人:王相明、王志红、李
4、力、霍晓萍、王建平、庄岳兴、田野。I GB/T 20320-2006/IEC 61400-21 : 200 1 凤力发电机组电能质量测量和评估方法1 范围本标准规定了风力发电机组电能质量特性参数、测量程序和功率质量的评估。本标准适用于风轮扫掠面积大于或等于40m2的并网型风力发电机组。注1:本标准范围包括:对并网型风力发电机组电能质量的特性的定义和定量描述;量化特性参数的测量程序;评估电能质量的一致性程序，包括评估安装在某一场地，可能为机群中某型风力发电机组的电能质量。本标准中的测量程序适用于在电网的任何地方与电网三相连接并且不主动控制频率和电压的单台风力发电机组。本标准只要求风力发电机组在中
5、压、高压系统公共连接点处测试并按本标准中所述进行评估，测量程序适用于任何容量的风力发电机组。测量所得的特性仅适用于被评估的指定配置的风力发电机组，其他风力发电机组控制参数不同，产生的电能质量也不同，应予以单独评估。测量程序尽可能按照非特定场地要求来设计，因此，在某一测试地点的测量结果也同样适用于其他地方。电能质量一致性评估程序，适用于风力发电机组通过公共连接点与中压或高压电力系统并网，电网频率变化不超过:1: 1 Hz.并具有足够的有功和无功调节能力以及足够的负荷吸收风能所产生的电能。作为指南，电能质量一致性评估的原则也仍适用于其他场合。注2:本标准对系统电压等级定义如下:低压，指UnlkV;
6、 中压，指1kV35kV。注3:本标准中没有涉及谐间波影响，但有关的IEC委员会正在考虑制定适当的测量和评估程序。2 规范性引用文件下列文件中的条款，通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB 755-2000旋转电机定额和性能(idtIEC 60034-1: 1996) GB 1208 电流互感器(GB1208-1997 , eqv IEC 185:1987) GB/T 2900. 53 电工术
7、语风力发电机组(GB/T2900. 53一2001，idtIEC 60050-415 :1 999) GB/T 4365 电工术语电磁兼容(GB/T4365-2003 , IEC 60050 (1 61): 1990 , IDT) GB/T 13850 交流电量转换为模拟量或数字信号的电测量变送器(GB/T13850一1998，idtIEC 60688:1992) GB/T 17626. 7 电磁兼容试验和测量技术供电系统及所连设备谐披、谐间波的测量和测量仪器导则(GB/T17626. 7-1998,idt IEC 61000-4-7 :1 991) IEC 60050(393) 国际电工词汇
8、第393章:核用仪器仪表:物理现象和基本概念IEC 60186 电压互感器，附件1，附件2IEC 61000-4-15 电磁兼容性(EMC)第4部分:试验和测量技术第15节:闪烁计功能和设计规范IEC 61800-3 可调速电力传动系统第3部分:包括特定试验方法的电磁兼容(EMC)产品标准G/T 20320-2006/IEC 61400-21 : 200 1 3 术语和定义3. 1 3.2 3. 3 GB/ T 2900. 53和GB/T4365中确立的以及下列术语和定义适用于本标准。连续运行(凤力发电机组)continuous operation(for wind turbine) 机组正常
9、的运行状态，不包括启动和停机。切入凤速(指WTGS)cut-in wind spee WTGS开始发电时，轮载高处的;最防L速。式中:闪变阶跃系单台机组在仨式中:Tp-一测量周烟、的功率导ration(for wind turbine) p叫c一一在虚拟电3.5 3.6 3. 7 2 Sn 机组额定视最大允许功率(凤力发电机最大测量功率(凤力发电机组)maximum measured power (for wind turbine) 在规定平均时间内机组连续运行状态下测到的功率。电网阻抗相角network impedance phase angle 电网短路阻抗相角:式中:Xk一一电网短路感抗
10、;Rk 电网短路阻抗。Pk = arctan(Xk / Rk) 3. 8 3. 9 正常运行normal operation (for wind turbine) 在机组手册中所描述的无故障运行状态。输出功率(指WTGS)output power (for wind turbine) WTGS在终端处输出的有功功率。G/T 20320一2006/IEC61400-21 : 200 1 3.10 3.11 3.13 3.16 3. 17 3. 18 3.19 3.20 供电网的一点，距某一特定负w功率汇集系统(凤力发额定电流(机组在额定额定无功功率(凤力机组运行在额定功率、停机(指WTGS)st
11、andstill (f WTGS停机未运行状态。启动(凤力发电机组)start-up (for wind turbine) 机组从停机到发电之间的过渡状态。切换运行(凤力发电机组)switching operation(for wind turbine) 启动或电机之间的切换。i描流强度turbulence intensity 风速的标准偏差与平均风速的比率。用同一组风速测量数据和规定的周期进行计算。3 GB/T 20320-2006/IEC 61400-21 :2001 3.21 电压变化系数(凤力发电机组)voltage change factor(for wind turbine) 由于
12、机组切换运行引起电压变化的标准化测量值:式中z rJfic.max - Uf n 岛.fichu(qFK)=3u-37 Uf川m和Uf川旧一一在虚拟电网上，风力发电机切换运行时相电压的最小和最大均方根值;Un -额定线电压;5n一一机组的额定视在功率;5kfic 虚拟电网的短路视在功率。注:电压变化系数ku与最大浪涌电流和额定电流的比率ki相似，但是u是电网阻抗相角的函数。ku的最高值与ki接近。3.22 凤力发电机组输出端wind turbine terminals 机组与电力系统的连接点，该点为机组的一部分并由机组供方标记。3.23 公共连接点(PCC)point of common co
13、upling(PCC) 公共电网中的点，该点至负荷的距离在电学上为最近，该处也可能连接其他负荷。注1:这些负荷可以是设备、装置或系统，也可以是各不相同的用电设施。注2:在一些场合，术语公共连接点仅限于公共电网。4 符号与单位本标准使用下列符号和单位:t:.Udyn 最大允许电压波动率(%)Un 1JIk 电网阻抗相角(deg)m (t) 测量电压的基准电气角(deg)自与总谐波有关的指数c(k) 连续运行状态下的闪变系数d 相对电压波动率(%)E plti 长期闪变限定值Epsti 短期闪变限定值fg 电网的基准频率(Hz)fm.i 第i个风速bin内闪变系数值出现的次数fy.i 第i个风速b
14、in内风速出现的次数h 谐波次数h.i 第i台机组的第h次谐波畸变(A)im (t) 瞬时测量电流(A)In 额定电流(A)kf(飞rk)闪变阶跃系数ki 最大浪涌电流和额定电流的比值ku( 1JIk) 电压波动系数Lfic 虚拟电网感抗(H)N10 10 min内某一切换运行方式的最大次数4 GB/T 20320-2006/IEC 61400-21 : 200 1 Nm 120 min内某一切换运行方式的最大次数切人风速到15m/s风速之间风速bins的总个数第i台风力发电机组的变压器变比闪变系数值的测量总数第i个风速bin内闪变系数值的测量个数第1个风速bin内小于工的闪变系数值的测量个数
15、风力发电机组台数最大测量功率(0.2s平均值)(W)最大测量功率(60s平均值)(W)长期闪变扰动系数最大允许功率(W)机组额定功率(W)闪变系数值的累积分布短期闪变扰动系数虚拟电网上的短期闪变分布系数机组的额定无功功率(var) 在PO2下的无功功率(0.2s平均值)(var) 在P60下的无功功率(60s平均值)(var) 最大允许功率时的无功功率(var) 虚拟电网的阻抗(D)在PO.2下的视在功率(0.2s平均值)(VA)在P60下的视在功率(60s平均值)(VA)电网短路视在功率(VA)虚拟电网的短路视在功率(VA)最大允许功率时的视在功率(VA)机组的额定视在功率(VA)切换运行的
16、瞬变周期(s)理想电压掘相电压瞬时值(V)虚拟电网模拟相电压瞬时值(V)虚拟电网相电压最大值(V)虚拟电网相电压最小值(V)额定线电压(V)年平均风速(m/s)切入风速(m/s)第t个风速bin的中值第i个风速bin的加权系数虚拟电网电抗(D)N120 Nbin nj Nm j Nm.i.c6m/s时的c(们v，)的精度。7.6.3 切换运行根据制造商的资料，确定6.6.2a)、6.6. 2 b)、6.6. 2 c)中所述切换运行的最大值N10和N120。如果机组制造商不能提供这些数据或者不能提供足够的机组控制系统技术参数来推断这些值，可以假定:对于6.6.2a)和6.6.2c)令N10=10
17、 .N12O = 120; 对于6.6. 2 b)令N10= 1. N120 = 12。通过相应的测量、模拟和计算来确定6.6.2a)、6.6. 2 b)、6.6.2c)中所述每种切换运行时的电压波12 GB/T 20320-2006/IEC 61400-21 : 200 1 动率ku(Pk)和闪变阶跃系数kl(Pk)。本章叙述了详细的测量程序，有关资料概述见附录B.2。6.6.2 a)和6.6.2b)分别规定了特定风速下的切换运行，评估者应对6.6.2c)所述条件予以鉴别。可通过分析机组的设计来完成，如果不能得到满意的佐证，则应通过测量来确定6.6.2c)的条件。参见6.6.2中的注1。按下
18、述要求测量确定电压波动系数札(Pk)和闪变阶跃系数是I(Pk) : a) 测量机组输出端三相瞬态相电流和相电压(参见7.6.2中注2);b) 测量时间Tp应持续足够长的时间，以减少切换运行的瞬态影响，但不至于排除揣流引起的功率波动;c) 每个工况均测量5次，以保证测量结果能代表正常运行状态;d) 按7.1.2进行风速测量。要求在切换运行时的10min平均风速不超过规定风速的:f:2m/s。按图1提供的测量配置方式进行测量，电压互感器、电流互感器和风速仪的配置应满足表1的技术要求。电压、电流测量截止频率至少为1500 Hz(参见注1)。通常，对于具有软启动或其他能限制冲击电流装置的机组，电流互感
19、器按2倍4倍的额定电流选取。对于没有限制涌流装置的机组，电流互感器量程按额定电流的10倍20倍选取。电压披动率和闪变阶跃系数测量程序如下:1) 所测量的时间序列应包含Ulic(t)的电压时序;2) 根据IEC61000-4-15，将u川t)的模拟电压时序代人闪变算法，得出虚拟电网上每个时间序列U川t)所对应的闪变P叫c。得到每种工况15个ps，.仕值，即对三相各测5次。3) 闪变阶系数是I(Pk)按下式计算:1 Sk.fir T ,o-ro() ;1 1 kf(Pk) =一一.k旦.Pstf忧.31 , K 130 Sn叫IIC p .( 11 ) 参见注204) 电压波动率ku(叽)按下式计
20、算:u x - Uflc.min Sk.自chdqFK)=JE-Ma u-37 ( 12 ) 式中:U1 虚拟电网切换运行状态下一个周期内电压均方根值的最小值;Uf川nax虚拟电网切换运行状态下一个周期内电压均方根值的最大值。参见注3。5) 闪变阶跃系数和电压波动率应是15个结果值的平均值。注1:截止频率至少是1500 Hz，保证由软启动等功率电子器件引起的波动谐波能包含在电压波动率和闪变系数之中，参见7.6.2注2。注2:闪变系数计算公式根据IEC61000-3-3标准推算，见附录B.4.2说明。注3:电压波动率计算公式见附录B.4.307.7 谐波本条仅适应于有电功率转换装置的机组。有电功
21、率转换装置的机组在连续运行过程中产生的最大谐波电流应按6.7确定。按GB/T17626. 7规定的最高精度在机组输出端测量谐波电流。结果应来自10min观测值(参见注)。测试程序应适应机组，也就是谐波电流的数量级在几秒钟内就可能发生变化的情况。注:用10min平均值取代短期数据，因为10min平均值易于测量，而且其结果与短期数据很接近。13 GBjT 20320-2006jIEC 61400-21 : 200 1 8 功率质量评估8.1 总则本章提供了评估安装在某指定场地对一台或多台机组供电功率质量的方法(参见7.1. 1注3)，而且将测量结果同其他IEC标准的要求进行对比。如果电网的运行、调
22、度部门提出他们自己的要求替代或作为IEC标准的补充，本章所述仍可作为一种指南。，并且电网的频率变化范围不超过士1产的电能。对于其他情况，评估Hz 、有足够的有功和无功功率调节原则也可作为一种指南。如果机组安装在距离主一些不利的结果。评估方法中假设风评估人员有责任确本章描述的中描述的方法会产生用一个缓解装置力发电机组对电.析行分运流的潮组。据机限根2超。也压组不会造成电10 min平均值和公式(14)计算:. ( 14 ) 式中:Nwt一-机组数。注:在公式(13)和公式(14)中，假定未对机组间的最大功率等级进行修正。在一个弱电网中接人感应电机，机组会伴随着叶片的转动同步出现功率波峰。另外公式
23、(13)和公式(14)对功率峰值附加了偏移量，可能会低估对电能质量的影响。8. 3 电压波动机组产生的闪变应严格限定在公式(15)和公式(16)所定义的闪变限值内:Fst E psti ( 15 ) F lt Eplti( 16 ) 式中:Fst和F!t一一机组产生的短期和长期闪变;Epsti和Eplti一一-指电网连接点处短期和长期闪变的限定值。14 G/T 20320-2006/IEC 61400-21 : 200 1 另外，因机组产生的相对电压波动应按公式(17)进行限定:式中:d10 P 1. 0 1. 4 2.0 如果各台机组相同，而且变换器可换向，则谐披几乎同相，且对各次谐波取卢=
24、1。. ( 25 ) 公式(25)没有考虑采用能消除特殊谐波的不同矢量的变压器组。如果是这样，应充分考虑其影响。GB/T 20320-2006/IEC 61400-21 : 200 1 附录A(资料性附录)测试报告样表本样表给出了用于记录风力发电机组电能质量测量结果的推荐格式。凤力发电机组电能质量测试结果报告本报告所列结果仅适用于指定配置的被测风力发电机组，其他设置，包括控制参数，都会使风力发电机组电能质量发生变化，需要另行评估。测试机构名称测试报告编号风力发电机组型号风力发电机组制造商所测试风力发电机组序列号以上所列风力发电机组已按照GB/T20320 2006/IEC 61400-21 :
25、2001标准进行了测试。本测试报告后附下列文件。内容文件名称及日期所测试风力发电机组描述，包括控制参数的设置测试现场及电网描述测试设备描述测试条件描述超出本标准以外情况备注报告编制人审核人批准人编写日期对标准中没有明确的特征参数进行定义，包括计算代替测量的参数。对采用GB/T20320一2006/IEC 61400-21 :2001标准之外的测量方法和程序予以说明。所测得的特性参数如下。A.1 总体参数风力发电机组类型(水平/垂直轴)叶片数风轮直径1m轮毅高度1m叶片控制方式(变桨/失速)转速控制(固定/双速/变速)发电机类型及额定功率IkW变频器类型及额定功率IkW机组最终的鉴定17 G/T
26、 20320一2006/IEC61400-21 : 200 1 A.2 额定数值额定功率Pn/kW额定风速vn/Cm/s)额定视在功率Sn/kVA额定无功功率Qn/kvar额定电流In/A 额定电压Un/VA. 3 最大允许功率评估值Pm，/kW标准化值户m，=Pm，/Pn标准化值户0.2=A. 5 18 30 40 50 60 70 80 90 100 评估所得Pm，对应的无功功率/kvar评估所得P60对应的无功功率/kvar评估所得PO.2对应的无功功率/kvarGB/T 20320-2006/IEC 61400-21 : 200 1 A.6 电压波动A.6. 1 连续运行电网阻抗相角J
27、fk/n年平均风速v./(m/s)6. 0 8. 5 10. 0 30 50 70 闪变系数C(Jfk,v. ) -丁HE一换一况拥一工J-行2一运队一换一切A闪变阶跃系数k，电压变换系数ku切换运行工况切换运行的最切换运行的最大电网阻抗相角Jfk闪变阶跃系数kf(切换运行工况切换运行的最大次数N，o切换运行的最大次数N120电网阻抗相角Jfk/n闪变阶跃系数也(Jfk ) 电压波动系数ku(队)A.7 谐波本条仅适用于带功率电子变流器的风力发电机组。50 70 85 85 85 85 19 GB/T 20320-2006/IEC 61400-21 : 200 1 序号输出功率/谐波电流序号输
28、出功率/谐波电流kW In/% kW U% 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 最大累积谐波电流畸变In/%最大累积谐波电流畸变对应的输出功率IkW20 GB/T 20320-2006/IEC 61400-21 : 200 1 B. 1 连续运行附录B(资料性附录)电压波动及闪变连续运行状态下闪变的测量和评估程序如图B.1所示。图B.1所示的测量程序相当全
29、面，因而评估过程很简单。测量过程评估过程Sk，fic，可rrk=30，50O，70。和85。Sk，fic饥=6m/s，7.5 m/s,8. 5 m/s, 10m/s 固B.1 风力发电机组持续运行状态下闪变的测量和评估程序示意图图B.1所示的测量程序具体如下:a) 根据从切入风速到15m/s之间的风速分布，测量一系列电压和电流时间序列Um(t)及im(t) ; b) 输入每组测量的时间序列，模拟短路视在功率为鼠.fic的虚拟电网上的电压波动Ufic(t) ，考虑4个不同的电网阻抗相角fklc) 然后，输入每组模拟瞬时电压时间序列Ufic(t) ，按IEC61000-4-15所规定的电压闪变算法
30、，得出闪变Pst，fic;d) 将P川c标准化，得到闪变系数C(fk)，该系数原则上独立于所选的短路视在功率Sk.fic;e) 假定在4种不同风速分布下，对应每个电网阻抗相角fk经过加权后计算出问变系数的加权累积分布函数PrlS mh;) / % O. 7 4. 3 8. 7 17.1 最好情况置信度/%99. 2 99.2 99.2 99. 2 最差情况置信度/%98.4 94.8 90.5 82.2 注:前3行列出了在3m/s15 m/s范围内风速低于、在其中或高于特定测量段所出现的概率。根据这些概率值.最后两行列出了实际测得百分位数的可能区间。25 GB/T 20320-2006/IEC
31、 61400-21 : 200 1 B.4 定义详解B. 4. 1 闪变系数虚拟闪变Pst.fic值取决于电网的短路功率5kfic及电网阻抗角队。Pst，fic几乎于5kfic成反比，而P叫tc与fk之间的关系又取决于风力发电机组类型。因此，闪变系数c(fk)定义如下:P st.fic = c( fk) .去. . ( B . 1 ) 式中:5n一一风力发电机组的额定视在功率。闪变系数C(fk)由下式可得:B. 4.2 闪变阶跃系数IEC 61000-3-3确定了电压波动。本标准中引式中:dmax ._额内B. 4. 3 电压波动率由于切换运行导致电度、几乎与队.fic成反比，而!:1u与k定
32、义如下:代人电网的模拟电压波动及电网短路功率5kfic则可得出电压波动率为:26 式中:/可Jfic.max_ Umm sk,ftc ku(叽)=d3u-37Uf川m与Uf川m分别为虚拟电网上模拟电压的最大值与最小值。 ( B. 2 ) . ( B.8 ) . ( B.9 ) GB/T 20320-2006/IEC 61400-21 : 200 1 参考文献IEC 60050 (131) : 1978 International Electrotechnical Vocabulary(lEV) Chapter 131: Electric and magnetic circuits. IEC 6
33、0050 (151): 1978 International Electrotechnical VocabularyOEV) Chapter 151: Electrical and magnetic devices. IEC 60050(601): 1985 International Electrotechnical VocabularyCIEV) Chapter 601: Genera tion, transmission and distribution of electricity General. IEC 61000-3-3: 1994 Electromagnetic compati
34、bility(EMC) Part 3: Limits Section 3: Limita tion of voltage fluctuations and flicker in low-voltage supply systems for equipment with rated cur rent. 16 A. IEC 61000-3-6: 1996 Electromagnetic compatibility (EMC). Part 3: Limits Section 6: As sessment of emission limits for distorting loads in MV an
35、d HV power systems Basic EMC publica t lOn. IEC 61000-3-7: 1996 Electromagnetic compatibility (EMC). Part 3: Limits Section 7: As sessment of emission limits for fluctuating loads in MV and HV power systems Basic EMC publica t lOn. IEC 61400-1: 1999 Wind turbine generator systems Part 1: Safety requ
36、irements. IEC 61400-12: 1998 Wind turbine generator systems Part 12: Wind turbine power perform ance testmg. 中华人民共和国国家标准风力发电机组电能质量测量和评估方法GB/T 20320-2006/IEC 61400-21 :2001 峰中国标准出版社出版发行北京复兴门外三里河北街16号邮政编码:100045网址电话:6852394668517548 中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销 开本880X 1230 1/16 印张2字数54千字2006年11月第一版2006年11月第一次印刷晤书号:155066 1-28239 定价16.00元如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话:(010)68533533FOON .-NEos-nEMCON-ONgNH圈。
