NB/T 31017-2018 风力发电机组主控制系统技术规范

ICs29.120.01
K45  NB
备案号：64664-2018
中华人民共和国能源行业标准
NB/T31017—2018代替NB/T31017一2011
风力发电机组主控制系统技术规范
Technical specification for main control system of wind turbine generator system
2018-06-06发布2018-10-01实施
国家能源局发布

1范围
本标准规定了变速恒频风力发电机组主控制系统的技术要求、试验方法、检测规程、包装、运输、储存、运行和维护等。
本标准适用于并网型陆上水平轴风力发电机组的主控制系统，其他机型可参照使用。
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/T191包装储运图示标志
GB/T2423.1一2008电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验A:低温
GB/T2423.2一2008电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验B:高温
GB/T2423.3一2016电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Cab:恒定湿热试验
GB/T2423.4一2008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/T2887一2011计算机场地通用规范
GB/T2900.18一2008电工术语低压电器
GB/T2900.53一2001电工术语风力发电机组
GB/T3797一2016电气控制设备
GB/T4208一2008外壳防护等级(P代码)
GB5226.1机械电气安全机械电气设备第1部分：通用技术条件
GBT9969工业产品使用说明书总则
GB/T11287一2000电气继电器第21部分：量度继电器和保护装置的振动、冲击、碰撞和地震试验第1篇：振动试验（正弦）
GB/T13384机电产品包装通用技术条件
GB/T14537一1993量度继电器和保护装置的冲击与碰撞试验
GB/T14598.3电气继电器第5部分：量度继电器和保护装置绝缘配合要求和试验
GB14598.27量度继电器和保护装置第27部分：产品安全要求
GB/T15543一2008电能质量三相电压不平衡
GB/T15969.1可编程序控制器第1部分：通用信息
GB/T15969.2可编程序控制器第2部分：设备要求和测试
GB/T17626.2一2006电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验
GB/T17626.3一2016电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验
GB/T17626.4一2008电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验
GB/T17626.5一2008电磁兼容试验和测量技术浪涌（冲击）抗扰度试验
GB/T17626.6一2017电磁兼容试验和测量技术射频场感应的传导骚扰抗扰度
GB/T17626.12一2013电磁兼容试验和测量技术振铃波抗扰度试验
GB/T19608(所有部分)特殊环境条件分级GB/T20641低压成套开关设备和控制设备空壳体的一般要求
GB/T21714.4一2015雷电防护第4部分：建筑物内电气和电子系统
IEC60870-5-104远动设备及系统第5-104部分传输规约采用标准的传输层文件集的60870-5-101的网络访问(Telecontrol equipment and systems-Part5-104:Transmission protocols-Network access for IEC 60870-5-101 using standard transport profiles)
IEC61400-25-1风电场监控系统通信标准第25-1部分：原则与模型概述(Wind energy generation
systems-Part 25-1:Communications for monitoring and control of wind Power plants-Overall description of principles and models)
3术语和定义
GB/T2900.53一2001和GB/T2900.18一2008界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
风力发电机组wind turbine generator system;WTGS
将风的动能转换为电能的系统。
3.2
主控制系统main control system
采集风力发电机组信息和其工作环境信息，保护和调节风力发电机组，使其保持在工作要求范围内的系统。
3.3
最大功率跟踪maximum power tracking
风力发电机组在额定风速以下运行时，通过转速控制，跟踪最佳叶尖速比，保持风能利用系数最大，从而最大可能地从风中捕获能量。
3.4
恒功率运行控制control of constant power operation
风力发电机组在额定风速以上运行时，为了保证机组良好的动态性和稳定性，通过奖距控制、转矩控制，使机组运行在限定的功率范围内。
3.5
安全链safe-chain
一种由风力发电机组若干关健保护节点串联组成的独立于控制系统的硬件保护回路。
3.6
叶尖速比tip speed ratio
风力发电机组叶片的叶尖线速度与风速之比。
3.7
故障fault
不能执行某项规定功能的一种特征状态。它不包括在预防性维护和其他有计划的行动期间，以及因缺乏外部资源条件下不能执行规定功能。
注：故障经常作为功能项本身失效的结果，但也许在失效前就已经存在。
3.8
偏航系统yawing system
使水平轴风力发电机组的风轮轴绕塔架垂直中心线旋转的机构。偏航系统包括偏航驱动机构、回转支撑、制动装置、位置传感器等。
3.9
正常停机
normal shutdown停机全过程都是在主控制系统控制下进行的停机，
3.10
紧急停机emergency shutdown
安全链触发使风力发电机组迅速停机。
3.11
运行转速范围operating rotational speed range
风力发电机组在正常运行状态下，风轮从最低运行速度到最高运行速度的转速范围。
3.12
净电功率net electric power
风力发电机组输送给电网的电功率值。
3.13
功率曲线power curve
描绘风力发电机组净功率输出与风速的函数关系。
3.14
失效failure
执行某项规定功能的终结。
注：“失效”概念作为定义，不适用仅由软件组成的功能项目。
注2：失效后，该功能项有故障。
注3：“失效”是一个事件，区别于作为一种状态的“故障”。
3.15
失效一安全机制fail-safe mechanism
一种安全设计特性，即设备或系统中个别部件失效时仍能保持设备或系统的安全。
3.16
顺桨feathering
风轮叶片的几何攻角改变到风轮叶片趋近零升力的状态。顺桨通常分为正常顺桨和紧急顺桨。
3.17
最大变桨速率the maximum pitch rate
风力发电机组所允许的桨距角变化速率最大值。
3.18
风向wind direction
风轮旋转轴线在水平面上的投影与风的水平来流方向之间的夹角。
3.19
参考风速reference wind speed(vner)
为定义风力发电机组等级面采用的一个基本极端风速参数，由参考风速和其他基本风力机组等级参数可导出其他设计相关气候参数。
3.20
扭缆角度cable twist angle
机舱水平中心线与电缆垂直悬挂无扭缆状态下机舱方向的夹角，顺时针方向为正《俯视机舱)。
3.21
状态码status code
用于描述风力发电机组状态而定义的数据结构。状态码的属性中包括使能标志、是否激活、停机程序等级、偏航程序等级等，根据状态码中的属性，执行停机、偏航等程序。

3.22
看门狗watch dog
为了实时监控关键设备状态或者被控子站与主站的通信情况，根据设备特点和通信特点而设计的安全监测控制功能。
3.23
事件顺序记录sequence of event point
记录设备状态事件顺序功能的数字量信号或者状态码。
4技术要求
4.1使用条件
4.1.1正常使用环境条件
a)工作环境温度。
常温型：-20℃~+45℃。
低温型：-30℃~+45℃。
b)相对湿度。
空气清洁，在最高温度为+45℃时，其相对湿度不得超过50%。在较低温度时，允许有较大的相对湿度。例如，+20℃时相对湿度为95%。但应考虑到由于温度的变化，有可能会偶尔产生适度的凝露。
c)海拔不大于2000m。
4.1.2正常试验环境条件
a)试验温度：+15℃~+35℃：
b)相对湿度：温度20℃时不大于90%：
c)大气压力：86kPa~106kPa,
4.1.3电源要求
4.1.3.1交流电源
a)电源频率变化范围：47.5Hz~51.5Hz。
b)电源电压允许波动范围：电压额定值的-15%~+10%。
c)电源的不平衡度应满足GB/T15543一2008第4章的规定，并在其范围内正常工作。
d)电源波形为正弦波，谐波含量小于5%。
4.1.3.2直流电源
a)电源电压允许偏差-10%~+10%。
b)电源电压纹波系数不大于5%。
4.1.4使用场所的要求
a)环境中不应有腐蚀破坏绝缘的气体或导电介质，不应有引起火灾或爆炸的介质，不应有明显的及较严重的霉菌。
b)使用场所应具有防御雨、雪、风、沙的设施。
c)使用场所的接地电阻应符合GB/T2887一2011中3.14的要求。

d)其他气候条件和使用场所的要求参见GB/T19608的规定。
4.1.5其他使用条件
当超出4.1.1~4.1.4规定的环境条件时，应由制造商与用户签订专门的协议。
4.2结构要求
4.2.1柜体设计要求
4.2.1.1柜体构造标准应符合GB/T20641的规定。
4.2.1.2柜体设计应满足塔简、机舱内的安装维护要求，并有相应减振措施。
4.2.1.3柜体外壳防护等级不低于GB/T4208一2008中P43的规定。
4.2.1.4活动门开启度应不小于85°，转动应灵活。开启全过程中连接线不应与其他电器件相碰触。
4.2.1.5紧固部位应有防松措施。
4.2.1.6柜内可接触的金属裸露外壳应采取接地保护措施，柜体与机舱或塔基钢结构应有可靠的电气连接，并采取防锈措施。
4.2.1.7柜体设计应符合保护接地连续性要求，防止受雷电感应过电压而损坏。
4.2.1.8柜体的内外表面应平整光滑、无明显凹凸不平、焊接缺陷、裂痕和锈蚀。如表面有涂覆处理，色泽应一致，无留痕、起泡、划伤缺陷。
4.2.2元器件要求
4.2.2.1主控制系统中所使用元器件应符合GB5226.1的规定。
4.2.2.2继电器、接触器、微断路器、电子元器件等辅助器件应在装配前进行筛选、测试并确认其具备正常功能。
4.2.2.3可编程序主控制器应符合GB/T15969.1和GB/T15969.2的规定。
4.2.2.4产品金属零件应经防腐蚀处理，所有零件应完整无损，产品外观应无划痕、损伤及变形。
4.2.2.5电气元器件，安装应牢固，布局应整齐、美观，便于安装和检修，并贴有与图纸相符的明显、清断、牢固的代号标识。
4.2.2.6柜体的旋钮、控制开关、转换开关、按钮等操作和调整件，应操作灵活，不得有卡死、松动和接触不良等现象，不得有振动后松动或状态改变的现象。
4.2.3电气连接要求
4.2.3.1制造厂应保证柜内所有电气连接的正确性。
4.2.3.2电缆和导线的敷设和连接应符合GB5226.1的规定。
4.3功能要求
4.3.1数据采集与处理
系统应提供参与控制和故障监测的相关数据信息采集及处理功能，例如：风速、风向、风轮转速、发电机转速、机舱位置、扭缆角度、桨距角、液压系统压力、振动、温度以及电气量数据等；系统应能根据合理安全算法，输出准确反映被监测单元状态的物理量，提高系统整体可靠性：数据采集的方式和精度应满足风电机组设计需求的要求。

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