永磁风力发电机变流器技术规范
1范围
本标准规定了永磁风力发电机变流器(以下简称“变流器”)的技术要求、试验方法、检验规则及其产品的相关信息等。
本标准适用于连接永磁风力发电机定子绕组的交—直—交电压源型变流器。鼠笼型高速风力发电机、电励磁风力发电机，中/高速永磁风力发电机用变流器可参照本标准执行。
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。
GB/T 191包装储运图示标志
GB/T 2423.1—2008 电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验A：低温
GB/T 2423.2—2008 电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验B：高温
GB/T 2423.3环境试验 第2部分：试验方法 试验Cab：恒定湿热试验
GB/T 2423.4电工电子产品基本环境试验规程 第2部分：试验方法 试验Db：交变湿热(12h+12h循环)
GB/T 2900.33 电工术语 电力电子技术
GB/T 2900.53 电工术语 风力发电机组
GB/T 3797—2016电气控制设备
GB/T 3859.1—2013半导体变流器 通用要求和电网换相变流器 第1-1部分：基本要求规范
GB/T4208外壳防护等级(IP代码)
GB/T 12668.2—2002调速电气传动系统 第2部分：一般要求低压交流变频电气传动系统额定值的规定
GB 12668.3—2012调速电气传动系统 第3部分：电磁兼容性标准及其特定的试验方法
GB/T 13384机电产品包装通用技术条件
GB/T 13422—2013半导体电力变流器 电气试验方法
GB 14048.1低压开关设备和控制设备 第1部分：总则
GB/T 15543—2008电能质量 三相电压不平衡
GB/T 18451.1风力发电机组 设计要求
GB/T 19963—2011风电场接入电力系统技术规定
GB/T 20320—2013风力发电机组 电能质量测量和评估方法
JB/T 5777.2—2002电力系统二次电路用控制及继电保护屏(柜、台)通用技术条件
NB/T31051风电机组低电压穿越能力测试规程
NB/T 31054风电机组电网适应性测试规程
NB/T 31111风力发电机组高电压穿越测试规程
3术语和定义
GB/T 3859.1—2013、GB/T2900.33和GB/T 2900.53界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
永磁风力发电机变流器 permanent magnet wind turbine converter
与永磁风力发电机配套，连接于定子绕组与电网之间的交—直—交电压源型静止变流器。
注：具有将定子绕组能量送入电网等功能。主要由发电机侧变流器、直流环节、电网侧变流器及其控制系统组成。有的类型变流器可以使能量双向流动，而有的仅能使能量向电网侧流动。
3.2
机侧变流器generator-side converter
与永磁发电机定子绕组相连接，用于将风力发电机发出的电压、电流幅值和频率变化的交流电变换成直流电的静止型变流器。
注：也称作定子侧变流器或发电机侧变流器。可以是全控桥型式，也可以是不可控桥型式+升压型式等。包括可能存在的滤波器。
3.3
直流环节DC link
机侧变流器和网侧变流器之间相互连接的直流电路。
3.4
网侧变流器line-side converter
与电网相连接，实现直流环节与电网之间的有功功率和无功功率交换控制的全控桥静止型变流器。
注：也称作电网侧变流器。包括可能存在的滤波器。
3.5
风力发电机组wind turbine generator system：WTGS
将风能转换为电能的系统(不包含并网变压器)，以下简称“机组”。
3.6
机组输出端output of WTGS
机组与并网变压器之间的连接端口。
3.7
机组额定运行条件rated operation condition of WTGS
在电网额定电压、额定频率条件下，机组在额定转速和额定功率运行时所处的工作状态。
3.8
变流器额定运行条件rated operation condition of converter
机组额定运行条件下，变流器所处的工作状态，以下简称“额定运行条件”。
3.9
网侧额定电流line-side rated current
额定运行条件下，网侧变流器交流端最大基波电流方均根值。
3.10
网侧额定电压line-side rated voltage
网侧变流器交流端线电压方均根值。
3.11
网侧额定频率line-side rated frequency
网侧变流器交流端基波电压的频率，即电网频率。
3.12
网侧额定容量line-side rated capacity
在网侧额定频率、网侧额定电压和网侧额定电流时，网侧变流器的视在功率。
3.13
网侧功率因数line-side power factor
网侧变流器交流端或机组输出端有功功率与视在功率的比值，也称作机组功率因数。
功率因数公式为：
(1)
式中：
λ——功率因数；
P——有功功率：
S——视在功率。
3.14
总谐波畸变率total harmonic distortion：THD
总谐波畸变率与所考虑量的基波分量相关。
总谐波畸变率(THD)定义为：
(2)
式中：
Q1——基波有效值；
Q——总有效值，可代表电流或电压。
总谐波中包含间谐波，当间谐波存在时，波形不再是周期性的，间谐波所产生的影响可能要比谐波产生的影响更复杂。
假若间谐波忽略不计，则式(2)也可表达为：
(3)
式中：
h——谐波次数，次数h为偶数时称kTHD为偶次谐波畸变率，h为奇数时称kTHD为奇次谐波畸变率；
Qh——h次谐波分量的有效值。
3.15
机侧额定电流generator-side rated current
额定运行条件下，机侧变流器基波电流方均根值。
3.16
机侧额定电压generator-side rated voltage
额定运行条件下，机侧变流器交流端基波线电压方均根值。
3.17
机侧额定频率generator-side rated frequency
额定运行条件下，机侧变流器交流端基波电压的频率。
3.18
机侧频率范围generator-side frequency range
永磁风力发电机在规定的转速范围内所对应的机侧变流器交流端基波电压频率范围。
3.19
机侧额定容量 generator-side converter rated apparent power
在机侧额定频率、机侧额定电压和机侧额定电流条件下，机侧变流器的视在功率。
3.20
变流器效率converter efficiency
变流器输出有功功率与输入有功功率的比值，用百分数表示。
变流器效率公式为：
(4)
式中：
η——变流器效率；
Pout——输出有功功率；
Pin——输入有功功率。
3.21
变流器并网切入电流converter cut in current
网侧变流器交流端并网合闸时，所产生的最大峰值电流。
3.22
过载能力 overload capability
变流器额定运行条件下，在规定的时间段内供给而不会超过规定限值的最大基波电流方均根值。
3.23
机侧滤波器generator filter
由共模电压抑制环节、差模电压抑制环节和du/dt抑制环节组成、接在变流器和发电机之间，用于降低电机端的电压值，并抑制由于长电缆反射波叠加引起的发电机端过电压问题(如共模电压过高，差模电压过高等问题)的滤波器。
3.24
标称电流nominal current
变流器能够连续供给，而不超过允许的最大基波电流方均根值。
3.25
共模电压common-mode voltage
在每一导体和所规定的参照点之间(往往是大地或机架)出现的相量电压的平均值。或同时加在电压表两测量端和规定公共端之间的输入电压的1/3，即(Ua+Ub+Uc)/3。
3.26
差模电压differential mode voltage
相与相之间的电位差。
3.27
du/dt值du/dt value
电压随时间的导数：
du/dt=ΔUi/Δti=(U90％-U10％)/(t90％-t10％)
式中：
du/dt——电压随时间的导数；
ΔUi——电压变化值；
Δti——时间变化值；
U90％——90％电压值；
t90%——90％电压值对应的时间值。
4技术要求
4.1产品型式和主要参数
4.1.1产品型式
产品的型式分类如下：
——按环境温度分为低温型和常温型；
——按功率模块的冷却方式分为空冷型、液冷型、混合冷却型等。
4.1.2网侧电压等级
变流器的网侧电压等级优先采用以下系列：
0.38(0.4)、0.6(0.62)、0.66(0.69)、1(1.05)、1.14(1.2)、2.3(2.4)、3(3.15)、6(6.3)。
注：单位为kV。超出以上优先系列的电压等级，由用户与制造商协商确定。
4.2使用条件
4.2.1正常使用环境条件
变流器应在规定的空冷或液冷的环境条件下工作。
a)工作环境温度：
——常温型：-20℃～45℃。
——低温型：-40℃～45℃。
b)相对湿度：≤95％(20℃以下)。
c)海拔：≤2000m。
4.2.2正常试验环境条件
主要包括使用气候条件，变流器应在如下大气环境下进行试验：
a)环境温度：-5℃～40℃。
b)相对湿度：≤90％(20℃以下)。
c)大气压力：86kPa～106kPa。
4.2.3贮存、运输时的环境温度
变流器在贮存和运输期间环境空气的极限温度范围为-40℃～70℃。
4.2.4正常使用的电气条件
4 2.4.1 电网频率变化范围
电网频率变化范围：47.5Hz～51.5Hz。
4.2.4.2电网电压波动范围
电网电压在额定值外的±10％之内，变流器应能正常运行。
当电网电压超出上述范围，由用户与制造商协商。
4.2.4.3电网电压不对称度
按照GB/T 15543—2008中第4章的规定，电网电压不对称度应不超过2％，短时不得超过4％。
4.3性能要求
4.3.1结构及外观要求
壳体、外观、表面应无划伤、无变形，按照GB/T 3797—2016中7.2的规定。
4.3.2电气连接要求
应保证各个电气连接的正确性，电抗器、电容器、快速熔断器、电子元器件等辅助器件应在装配前筛选、测试并确认其具备正常功能，电缆截面积和电缆头的压接、焊接应满足变流器最大导通电流能力，满足GB/T 3797—2016中6.7的规定。
4.3.3防触电措施
满足JB/T 5777.2—2002中5.12的规定。
4.3.4绝缘
4.3.4.1绝缘电阻
在4.2.2规定的正常试验大气条件下，用直流绝缘电阻表测量变流器各独立电路与外露的可导电部分之间，以及与各独立电路之间的绝缘电阻，不应小于1MΩ。绝缘电阻试验电压等级见表1。
表1绝缘电阻试验电压等级
额定绝缘电压U
V 试验电压
V
U≤60 250
60
