GB/T 19069-2003 风力发电机组控制器 技术条件

GB/T19069-2003

前言

本标准根据GB/T1.1-2000((标准化工作导则第1部分:标准的结构和编写规则》的要求编写。

本标准的编写参考了德国Lloyd((风力发电机组认证规范)))(1999),IEC61400-1:1999《风力发电机

组第1部分:安全要求》,IEC60204-1;1997机《械安全机械电气设备第1部分:通用技术要求》等

技术文件，对采用异步发电机的并网型定桨距风力发电机组电控系统给出了普遍性技术要求。

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归口。

本标准起草单位:中国科学院电工研究所。

本标准主要起草人:倪受元、许洪华。

GB/T19069-2003

风力发电机组控制器

技术条件

范围

本标准规定了为保证并网型风力发电机组的有效和安全运行，在电气控制和安全保护系统方面应

符合的技术要求。

本标准适用于与电网并联运行、采用异步发电机的定桨距失速型风力发电机组电气控制装置的设

计与检验。

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/T3797-1989电控设备第二部分:装有电子器件的电控设备

GB/T4588.1无金属化孔单双面印制板分规范(idtIEC/PQC89:1990)

GB/T4588.2有金属化孔单双面印制板分规范(idtIEC/PQC90:1990)

GB/T6988.1-1997电气技术用文件的编制第1部分:一般要求(idtIEC61082-1:1991)

GB/T6988.2-1997电气技术用文件的编制第2部分:功能性简图(idtIEC61082-2:1993)

GB/T6988.3-1997电气技术用文件的编制第3部分:接线图和接线表(idtIEC61082-3:

1993)

GB14821.1建筑物的电气装置电击防护(eqvIEC60364-4-41:1992)

GB/T15969.1-1995可编程序控制器第1部分:通用信息

GB/T15969.2-1995可编程序控制器第2部分:设备特性

IEC60204-1:1997机械安全机械电气设备第1部分:一般要求

3术语和定义

下列术语和定义适用于本标准。

运行管理operationmanagement

指的是一种工作程序，目的在于使风力发电机组有效、安全地运行，尽可能避免故障，并减轻机组部

件所受的应力。一般将程序逻辑输人控制系统。

3.2

安全方案safetyconcept

是保证万一发生故障时风力发电机组仍保持在安全状态的系统方案的一部分。如果发生故障，安

全系统的任务是保证机组按照安全方案工作。

3.3

控制系统(风力发电机组)controlsystem(forWTGS)

接受风力发电机组信息和(或)环境信息，调节风力发电机组，使其保持在工作要求范围内的系统。

GB/T19069-2003

3.4

外部条件(风)I发电机组)externalconditions(forWTGS)

影响风力发电机组工作的各种外部因素，包括风况、其他气候因素(温度、雪、冰等)和电网条件。

3.5

保护系统(风力发电机组)protectionsystem(forWTGS)

确保风力发电机组运行在设计范围内的系统。

注:如果产生矛盾，保护系统应优先于控制系统起作用

3.6

制动系统(风力机)brakingsystem(forwindturbines)

能降低风轮转速使其保持在一个最大值以下，或者使风轮停止旋转的系统。制动系统包括按照需

要有助于制动风轮的所有部件。

3.7

失效failure

执行某项规定功能的终结。

注1:失效后，该功能项有故障.

注2:“失效”是一个事件，区别于作为一种状态的“故障”

注3:本概念作为定义，不适用于仅有软件组成的功能项目。

3.8

故障fault

不能执行某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。

3.9

控制柜controlcabinet

各种电子器件和电器元件安装在一个防护用的柜形结构内的电控设备。

3.10

冗余技术redundancy

应用两路器件或系统，用于确保一路器件或系统失效时，另一路器件或系统仍能有效地执行所要求

的功能。

3.11

偏航yawing

风轮轴绕垂直轴的旋转(仅适用于水平轴风力机)。

3.12

关机(风力机)shutdown(forwindturbines)

从发电到静止或空转之间的风力机过渡状态。

3.13

正常关机(风力机)normalshutdown(forwindturbines)

全过程都是在控制系统控制下进行的关机。

3.14

紧急关机(风力机)emergencyshutdown(forwindturbines)

保护系统触发或人工干预下使风力机迅速关机。

3.15

失效一安全fail-safe

GB/T19069-2003

设计特性中的一项，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

排除故障clearance

通过人的介人来完成必要的修理或消除故障的原因，然后放开风力发电机组使其运行。排除故障

以授权人在场和积极参与为前提。

3.17

阵风gust

超过平均风速的突然和短暂的风速变化。

注:阵风可用它的上升一时间，即幅度一持续时间表达。

3.18

空转(风力机)idling(forwindturbines)

风力机缓慢旋转但不发电的状态。

3.19

制动器(风力机)brake(forwindturbines)

能降低风轮转速或停止风轮旋转的装置。

3.20

外部动力源externalpowersupply

来自外部的用于风力发电机组自动装置、控制系统或机械系统的任何种类的主动力源或辅助动

力源。

注1:来自蓄电池、电网或柴油发电机的供电是外部动力源，外部的辅助形式的动力源(如控制气流、液压系统流体

等)也属于外部动力源。

注2:若能量是通过风能或风力发电机组风轮的动能的内部转换而获得，然后被利用，则不属于外部动力源

3.21

锁定装置lockingdevice

将已经制动到静止的风轮固定住或防止机舱转动的装置。

3.22

运行转速范围operatingrotationalspeedrange

包括风轮从最低运行速度，1到最高运行速度n:的转速范围(见图1)，在这个范围内的转速处于正

常运行状态。

转速。

图1转速范围

3.23

临界转速activationrotationalspeed

引起保护系统立即启动的转速(见图1中之nA)o

GB/T19069-2003

3.24

最大转速maximumrotationalspeed

是绝不可超过的转速，即使短时超过也不允许。这个速度是作为相应负载情况的最大超速(见图1

中之n-.).

3.25

过载功率(风fl机)overpower(forwindturbines)

引起控制系统开始降低功率的风轮轴的机械功率。

3.26

临界功率(风力机)activationpower(forwindturbines)

引起保护系统立即启动的风轮轴的机械功率。

3.27

最大功率(风力机)maximumpower(forwindturbines)

是不能超过的风轮轴的机械功率。

3.28

切出风速cut-outwindspeed

风力发电机组达到设计功率时轮毅高度处的最高风速。超过这个风速，风力发电机组关机。

3.29

短时切出风速short-termcut-outwindspeed

风力发电机组发电运行的最大瞬时风速(轮毅高度处)。超过这个风速，风力发电机组立即关机。

4一般要求

4.1概述

在风力发电机组系统方案的设计阶段，应在总体框架内确定机组的运行管理和安全方案，从而确定

电控系统的功能和要求，以便使机组运行最佳化。并在万一发生故障时，仍能使风力发电机组保持在安

全状态

通常，风力发电机组的运行管理由控制系统执行，其程序逻辑应保证风力发电机组在规定的外部条

件下能有效、安全地运行。当控制系统不能使机组保持在正常运行范围内，或有关安全的极限值被超过

以后，则由保护系统执行安全方案。安全方案应考虑有关的运行值，如容许的超速、振动、减速力矩、短

路力矩以及机组故障、操作失误等不安全因素。

风力发电机组电控系统应兼具控制、保护以及参数检测和监控功能。

4.2环境条件和电网条件

4.2.1环境条件:正常工作温度范围-200C~+400C，极端温度范围一300C-+500C;最高相对湿度小

于或等于95%.

4.2.2电网条件:电压，额定值士1000;频率，额定值士2%.

4.2.3所有电控设备和元器件应依据风力发电机组安装场地所预期的环境条件和电网条件进行设计。

当实际环境条件和电网条件与规定范围不符合时，供方和用户有必要达成附加协议。

4.3控制柜和元器件

4.3.1控制装置应能防止外界固体物和液体的侵人，控制柜的外壳一般应具有不低于IP54的防护

等级。

4.3.2电控系统中所装用的硬件设备，传感器和元器件应符合相应的各自标准及IEC60204-1的有关

规定。可编程序控制器应符合GB/T15969.1和GB/T15969.2的规定。

4.3.3控制柜中所装用的印制板应符合GB/T4588.1.4588.2的规定。

4.3.4申有接线和由气拣接必须可靠.所采用的诈接手段如接插件、诈接线、接线端子等，应能承受所

GB/T19069-2003

规定的电(电压、电流)、热(内部或外部受热)、机械(拉、压、弯、扭等)和振动的影响。

导线和带电的连接件，按规定使用时，不应发生过热、松动或造成其他危险的变动。

4.3.5应参照GB14821.1标准采取电击防护措施，防止直接或间接接触带电体。

4.3.6应对电控系统采取较完善的屏蔽措施，防止受雷电感应过电压损害。带面板的控制柜各侧一般

宜用薄钢板做成，并连接到等电位连接带上。

对电源线、数据线、信号线、各个传感器、计算机宜用电涌保护器加以保护。

4.3.7保护接地电路所有部件(包括保护接地端子、保护导线和控制柜中的导体结构件部分)的设计，

应考虑到能够承受保护接地电路中由于流过接地故障电流所造成的最高热应力和机械应力。

保护导线应做出标记，使其容易识别。

4.3.8控制和安全保护系统的调定值应予以保护，防止在非授权情况下随意改动。

4.3.9手动或自动控制应不损害安全保护系统的功能。允许手动控制的任何装置应在必要处做出适

当标记，以便于识别。

4.3.10可导致机组关机的紧急关机按钮应优先于自动控制系统的功能，并应安装在每个主要的工作

地点。

4.3.11由于内部故障或危及风力发电机组安全的跳闸而引起关机的情况，风力发电机组应不能自动

重新启动。

4.4电磁兼容性

4.4.1电控系统应具有适当的抗电磁干扰的能力，应保证信号传输不受电磁干扰，执行部件不发生误

动作。同时，设备本身产生的电磁干扰不应超过相关设备标准和论及电磁兼容性电平的有关文件所规

定的电平。

4.4.2采用适当的滤波器和延时装置，选择一定功率的电平，采取合理的布线(如采用纹合线、屏蔽线、

分束或交叉走线等)或者把一些灵敏的设备或部件同一些开关设备(如晶闸管、电磁继电器、接触器等)

分离、屏蔽等措施可避免或降低电磁干扰。

用于抑制电磁干扰的预防措施，可参考1EC60204-1和GB/T3797-1989附录A,

4.5单一失效

4.5.1与安全保护系统功能有关的单个元器件(如传感器或制动器)的失效，应不会导致安全保护系统

失效。

4.5.2两个独立元器件同时失效可归人不可能事件，因此可不予考虑。如果两个或多个元器件相互关

联，则它们同时失效可视为单一失效

4.5.3就可用性和可靠性而言，对安全保护系统各个元器件应有最高的技术要求。

4.6冗余技术和相异技术

4.6.1采用冗余技术可使电路或系统中单一故障引起危险的可能性减至最小可设计成使冗余器件

或系统在正常运行中有效的在线冗余;也可设计成专用电路或系统，仅在操作功能失效时去接替保护功

能的离线冗余。在正常工作期间离线冗余技术不起作用的场合，在需要时应采取措施确保这些电路或

系统可供使用。

在方案上，安全保护系统应与控制系统完全分开。安全保护系统应至少能启用两套相互完全独立

的制动系统。此处的“独立”意味着在系统工程设计阶段应严格