GB/T 34521-2017 小型风力发电机组用控制器

　　ICS 27 . 180 F 1 1

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 34521—2017

　　小型风力发电机组用控制器

　　Controllerofsmallwindturbines

　　2017-10-14 发布 2018-05-01 实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　发

　　布

　　GB/T 34521—20 17

　　GB/T 34521—20 17

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1 . 1—2009 给出的规则起草。

　　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/TC 50)归口 。

　　本标准起草单位：合肥为民电源有限公司、中国农业机械化科学研究院呼和浩特分院、呼和浩特市博洋可再生能源有限责任公司、广州红鹰能源科技有限公司、中科恒源科技股份有限公司、上海致远绿色能源股份有限公司、浙江华鹰风电设备有限公司、宁波锦浪新能源科技有限公司。

　　本标准主要起草人：张为民、王化、周一晨、宫亚飞、董文斌、杨彬、杨少楠、伍友刚、李卿韶、贾大江、俞铠、张天赐。

　　GB/T 34521—20 17

　　小型风力发电机组用控制器

　　1 范围

　　本标准规定了小型风力发电机组用控制器(以下简称“控制器”)的术语和定义、产品分类、技术要求、试验方法、检验规则、文件要求、标识、包装、运输、贮存。

　　本标准适用于风轮扫掠面积不超过 200 m2 且输出电压不超过 1 000 V交流或 1 500 V直流的小型风力发电机组用控制器。

　　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 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 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 . 10 电工电子产品环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 Fc：振动(正弦)

　　GB/T 2828 . 1 计数抽样检验程序 第 1 部分：按接收质量限(AQL)检索的逐批检验抽样计划GB/T 3859 . 1 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/T 3859 . 2 半导体变流器 通用要求和电网换相变流器 第 1-2 部分：应用导则

　　GB/T 4208—2017 外壳防护等级(IP代码)

　　GB/T 4980 容积式压缩机噪声的测定

　　GB/T 17646 小型风力发电机组

　　3 术语和定义

　　GB/T 17646 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　控制器 controller

　　主要对风力发电机进行整流控制、制动控制、风能功率跟踪控制，以及电能转换控制、输出控制、直流负载控制和各项电气保护控制的装置。 各环节可以放置在不同的控制箱内，但认为这几个环节都是控制器的一部分。

　　3.2

　　充电控制 chargecontroll

　　对蓄电池充电过程的控制。

　　3.3

　　额定功率 ratedpower

　　控制器直流输出端额定的连续电气输出功率。

　　3.4

　　额定输入电流 ratedinputcurrent

　　控制器在没有卸荷且正常工作情况下的最大输入电流。

　　注：不控整流控制器使用三相整流后直流电流，PWM整流控制器使用风力发电机三相输出其中一相的交流电流。

　　GB/T 34521—20 17

　　3.5

　　卸荷 dumpload

　　通过分流来卸除风力发电机多余的功率。 按卸荷方式可分为脉宽调制(PWM)卸荷和开关卸荷。

　　3.6

　　机械制动 mechanicalbrake

　　通过控制风力发电机的机械部分来对风力发电机进行制动。

　　3.7

　　不控整流 non-controlrectifier

　　由无控制功能的整流二极管组成的整流电路。

　　3.8

　　PWM 整流 PWM rectifier

　　采用脉宽调制控制方式和全控型器件组成的整流电路，使输入电流接近正弦波。

　　3.9

　　最大功率点跟踪 maximum powerpointtracking;MPPT

　　对风力发电机因风力变化而产生的功率输出变化进行跟踪控制，使风力发电机保持在最大功率输出状态的自动调整行为。

　　3 . 10

　　转换效率 conversionefficiency

　　额定状态下控制器输出端口功率与输入端口功率的比值。

　　4 产品分类

　　4 . 1 整流类型

　　控制器按整流方式可分为以下两类：

　　a) 不控整流型控制器;

　　b) PWM整流型控制器。

　　4 . 2 功率跟踪类型

　　控制器按是否有最大功率跟踪功能可分为以下两类：

　　a) 最大功率跟踪型控制器;

　　b) 无最大功率跟踪型控制器。

　　4 . 3 使用环境类型

　　控制器按使用环境类型可分为以下两类：

　　a) 室内型控制器;

　　b) 室外型控制器。

　　5 技术要求

　　5 . 1 环境条件

　　5 . 1 . 1 正常使用条件

　　控制器应在下列环境条件下正常使用：

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　　a) 室内型控制器使用环境温度为- 10 ℃ ~ + 40 ℃, 室外型控制器使用环境温度为- 25 ℃ ~ +60 ℃(无阳光直射);

　　b ) 空气相对湿度不大于 95%,无凝露;

　　c) 海拔：不大于 1 000 m ,大于 1 000 m 时应按 GB/T 3859.2 的规定降容使用;

　　d) 无剧烈震动冲击，垂直倾斜度不大于 5 °;

　　e) 空气中不应含有腐蚀型及爆炸性微粒和气体。

　　5 . 1 . 2 耐振动性能

　　控制器应能承受频率为 10 Hz~55 Hz,振幅为 0 . 35 mm 的正弦波振动。

　　5 . 1 . 3 特殊使用条件

　　如果控制器在异于 5 . 1 . 1 规定的条件下使用，用户应在订货时提出，并与制造厂商或供货商取得协议。

　　5 . 2 输出控制

　　5 . 2 . 1 输出过电压保护

　　控制器应具有输出过电压保护功能。

　　输出过电压保护分为开关保护和脉宽调制保护两种方式，其中脉宽调制保护的方式又分为输出过电压上下限控制和稳压控制两种方式。

　　对采用开关保护方式的控制器，当输出电压值达到输出过电压点时，控制器应具有保护功能防止输出电压超过输出过电压点。 误差在 ±5%范围之内。 制造商的文件应声明“输出过电压点”。

　　采用脉宽调制保护的控制器，当输出电压达到输出过电压上限(或 102%稳压点)前，控制器应具有保护功能防止输出电压超过输出过电压点。 输出电压下降到输出过电压下限(或 98%稳压点)后，输出功能应恢复正常。 误差在 ±5%范围之内。 制造商的文件应声明“输出过电压上限”和“输出过电压下限”(或声明“稳压点”)。

　　5 . 2 . 2 输出过电流保护

　　控制器应具有输出过电流保护功能。 制造商的文件应声明“最大输出电流”。

　　5 . 2 . 3 输出开路保护

　　在风力发电机组正常运行情况下，断开控制器与输出设备(如蓄电池和逆变器等与直流输出连接的外部部件)的连接，控制器应不会损坏。

　　5 . 2 . 4 温度补偿

　　对于具有温度补偿功能的控制器，应对蓄电池的充放电电压进行补偿功能，补偿系数调节范围应当

　　是单体电池-3 mV/ ℃ ~-7 mV/ ℃。基准温度为 25 ℃。

　　注：本条款仅适合具有充电控制功能的控制器。

　　5 . 3 直流负载控制1)

　　5 . 3 . 1 欠电压(LVD)保护

　　当蓄电池电压值达到欠电压点时，控制器应自动告警并自动切断负载;当蓄电池电压上升到欠电压恢复点后，应能自动恢复对负载的供电。

　　1) 本条款仅适合具有直流负载控制功能的控制器。

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　　5 . 3 . 2 直流负载过载保护

　　当直流负载电流超过额定直流负载电流的 120% 达 30 s 或超过额定直流负载电流的 150%达 10 s后，控制器应能自动切断直流负载 ，并发出过载告警指示。 保护后，控制器应能手动恢复给负载供电。对恒流输出的控制器，应能保持恒流输出。

　　5 . 3 . 3 直流负载短路保护

　　直流负载短路后，控制器应能自动切断直流负载，并发出短路告警指示。 故障排除后，控制器应能自动或手动恢复给负载供电。 对恒流输出的控制器，应能保持恒流输出。

　　5 . 4 转换效率

　　转换效率应不小于 90%。

　　5 . 5 可靠性

　　控制器在额定输出状态下，持续工作时间应不小于 48 h。制动方式含卸荷的控制器，卸荷电流为两倍额定输入电流的持续卸荷时间应不小于 24 h。

　　5 . 6 静态损耗

　　在控制器无风能输入的情况下，控制器自身耗电功率应不大于其额定功率的 1%。

　　注：本条款仅适合具有充电控制功能的控制器。

　　5 . 7 噪声

　　控制器噪声应不大于 65 dB(A)。

　　5 . 8 指示

　　控制器应具有正常运行指示、制动指示。

　　具有输出控制功能的控制器还应具有蓄电池欠电压告警指示、过载告警指示、短路告警指示。

　　5 . 9 远程监控

　　控制器应具有下列主要监控功能：

　　a) 遥测：风力发电机电压、风力发电机电流、风力发电机功率、蓄电池电压(具有充电控制功能的控制器)、负载电流(具有直流负载控制功能的控制器)、蓄电池温度(含温度补偿的控制器);

　　b) 遥信：风力发电机制动状态，具有直流负载控制功能的控制器还应具有蓄电池欠电压告警、过载告警、短路告警;

　　c) 遥控：修改控制器参数、控制风力发电机制动。

　　注：本条款仅适合制造商声明有远程监控功能的控制器。

　　5 . 10 外观结构要求

　　控制器外观结构应能满足下列条件：

　　a) 机壳面板应平整、镀层牢靠、防腐保护涂层均匀;

　　b) 所有标记、标牌清晰可辨，无剥落、锈蚀、裂痕、明显变形等外观缺陷;

　　c) 接线端子、按键、开关应便于操作且灵活可靠。

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　　5 . 1 1 外壳防护等级

　　室外型控制器防护等级应不低于 GB/T 4208—2017 中规定的 IP54,室内型控制器防护等级应不低于 GB/T 4208—2017 中规定的 IP20 要求。

　　5 . 12 安全要求

　　5 . 12 . 1 制动控制

　　5 . 12 . 1 . 1 自动制动

　　控制器应至少具备过转速保护或过电压保护中一种保护。 即可根据转速(或输入电压)条件按制造商标称的制动方式自动制动。 制动条件的实测误差要求不超过 ±5%,制动方式可以是卸荷，也可以输出机械制动信号。 制造商的文件应声明“自动制动条件和制动方式”。

　　5 . 12 . 1 . 2 手动制动

　　控制器应能通过手动按钮/开关来按制造商文件声明的制动方式手动制动，手动制动应优先自动制动 。制动方式可以是卸荷，也可以输出机械制动信号。 制造商的文件应声明手动制动方式。

　　5 . 12 . 2 绝缘电阻

　　在环境温度为 15 ℃ ~35 ℃ , 相对湿度为(90±2) %,试验电压为直流 500 V 时，控制器输入电路对地 、输出电路对地的绝缘电阻应 ≥2 MΩ。

　　5 . 12 . 3 绝缘强度

　　控制器输入对地应能承受频率 50 Hz、有效值为 1 500 V 的交流电压(漏电流 ≤30 mA)或等效其峰值的 2 120 V直流电压 1 min,且无击穿、无飞弧现象。

　　控制器输出对地应能承受 50 Hz、有效值为 500 V 的交流电压(漏电流 ≤30 mA)或等效其峰值的710 V直流电压 1 min,且无击穿、无飞弧现象。

　　5 . 12 . 4 防雷保护

　　控制器应具有防雷保护装置。

　　6 试验方法

　　6 . 1 环境条件

　　6 . 1 . 1 正常使用条件

　　6 . 1 . 1 . 1 低温工作试验

　　试验方法按 GB/T 2423 . 1 进行。 控制器无包装，试验温度为(-10±3) ℃(室内型)或 (-25±3) ℃(室外型)的条件下，通电加额定输入电流保持 2 h,在标准大气条件下恢复 2 h后，控制器应能正常工作。

　　6 . 1 . 1 . 2 高温工作试验

　　试验方法按 GB/T 2423 . 2 进行。 控制器无包装，试验温度为(40±2) ℃(室内型)或 (60±3)℃(室外型)的条件下，通电加额定输入电流保持 2 h,在标准大气条件下恢复 2 h后，控制器应能正常工作。

　　6 . 1 . 1 . 3 恒定湿热试验

　　试验方法按 GB/T 2423 . 3 进行。 控制器无包装、不通电，( 40±2) ℃( 室内型)或 (60±3) ℃(室外

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　　型)的条件下，相对湿度为(93±3) %,试验持续时间为 2 h,在标准大气条件下恢复 2 h 后，控制器应能正常工作。

　　6 . 1 . 2 耐振动性能

　　按照 GB/T 2423.10 进行，控制器无包装、不通电。频率为 10 Hz~55 Hz, 振幅为 0. 35 mm, x、Y轴向各 30 min。试验后被测试设备应能正常工作。

　　6 . 1 . 3 特殊使用条件

　　控制器在制造厂商或供货商协议要求的环境条件下测试，试验后控制器应能正常工作。

　　6 . 2 输出控制

　　6 . 2 . 1 输出过电压保护

　　测试电路如图 1 所示。

　　采用开关保护的控制器，调节风力发电机，使控制器输出电压(V2 的指示值)达到“输出过电压点”以上。 再将电压回调到“输出过电压恢复点”。

　　采用脉宽调制保护方式的控制器，调节风力发电机，使控制器输出电压逐步上升到“输出过电压上限(或 102%稳压点)”,再逐步将输出回调到“输出过电压下限(或 98%稳压点)”。

　　a)

　　说明：

　　V1 、V2 — 直流电压表;

　　A1 、A2、A3 — 直流电流表。

　　b)

　　说明：

　　V2 — 直流电压表;

　　A1 — 交流电流表; A2、A3 — 直流电流表。

　　注：风力发电机可用三相交流电源、电机拖动平台或直流稳压电源模拟。 具有 PWM 整流的控制器使用风力发电机或电机拖动平台模拟测试，使用测试电路 b)进行测试。

　　图 1 测试电路

　　6 . 2 . 2 输出过电流保护

　　测试电路如图 1 所示。 逐步调节控制器输入电流(A1 的指示值)到两倍额定输入电流，输出电流(A2的指示值)应能达到最大输出电流，但始终不超过文件声明的最大输出电流值，误差在±5%范围之内。

　　6 . 2 . 3 输出开路保护

　　测试电路如图 1 所示。 调节风力发电机使控制器输入电流(A1 的指示值)达到控制器的两倍额定输入电流，然后断开控制器与输出部件的连接，保持 1 min。恢复连接后控制器应能正常工作。

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　　6 . 2 . 4 温度补偿

　　将温度传感器放入恒温箱，控制器的过充电压点的值随温度的变化而有所改变，根据控制器随温度变化时过充电压值的变化绘制一条曲线，曲线的斜率应符合要求。

　　6 . 3 直流负载控制

　　6 . 3 . 1 欠电压(LVD)保护

　　说明：

　　V1 — 直流电压表;

　　A1 — 直流电流表。

　　图 2 测试电路

　　测试电路如图 2 所示。 使用直流稳压电源模拟蓄电池通过控制器给直流负载放电，调节直流稳压电源使电压(V1 的指示值)下降至欠电压点以下(如有欠压延时保护，可等待相应时间)。 控制器应能切断直流负载并发出欠电压告警。 调节直流稳压电源至欠电压恢复点，控制器应自动恢复给直流负载供电。

　　6 . 3 . 2 直流负载过载保护

　　测试电路如图 2 所示。 设备输入电压在额定输入电压(V1 的指示值)条件下，调节负载功率，检查直流负载过载保护。

　　6 . 3 . 3 直流负载短路保护

　　在直流负载额定电压条件下，按照下面三种方式测试短路保护：

　　a) 直流负载端先短路，再启动直流负载输出;

　　b) 直流负载端先有电压，再进行短路测试;

　　c) 直流负载端连接额定功率负载，再进行短路测试。

　　三种方式测试结果均应满足短路保护要求。

　　6 . 4 转换效率

　　注：风力发电机可用三相交流电源、电机拖动平台或直流稳压电源模拟。 具有 PWM 整流的控制器使用风力发电机或电机拖动平台模拟测试。

　　图 3 测试电路

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　　测试电路如图 3 所示。 调节风力发电机使控制器工作在额定状态，用功率分析仪测量控制器的输入功率和输出功率。 其转换效率计算见式(1) :

　　…………………………( 1 )

　　式中：

　　ηconvert —转换效率 ;

　　Pout — 实测输出功率，单位为瓦(W) ;

　　Pin — 实测输入功率，单位为瓦(W) 。

　　6 . 5 可靠性

　　测试电路如图 1 所示，调节风力发电机使控制器达到额定输出状态，有直流负载输出的调整到额定直流负载状态，持续工作 48 h,控制器应能正常运行且无故障。 对制动方式含卸荷的控制器要先调整卸荷电流到两倍额定输入电流，持续工作 24 h,控制器应能正常运行且无故障。

　　6 . 6 静态损耗

　　正常工作情况下，切断控制器与风力发电机的连接，测试蓄电池的输出功率，该功率即为静态损耗。

　　6 . 7 噪声

　　控制器额定工作时，在控制器正面 1 m、其二分之一高度处进行测量，测试现场的被测噪声与背景噪声的差应不小于 7 dB,否则，测试数据应按照 GB/T 4980 的要求进行修正。

　　6 . 8 指示

　　调节控制器的输入使控制器达到制动条件时，控制器应具有制动指示功能。

　　具有输出控制功能的控制器在蓄电池欠电压、直流负载过载、直流负载短路时，控制器应具有相应的指示功能。

　　6 . 9 远程监控

　　按制造商的用户手册实测控制器的监控功能。

　　6 . 10 外观结构要求

　　目检控制器外观与结构应符合 5 . 10 的要求。

　　6 . 1 1 外壳防护等级

　　控制器的外壳防护等级按照制造商声明的 IP 防护等级，根据 GB/T 4208—2017 进行验证。

　　6 . 12 安全要求

　　6 . 12 . 1 制动控制

　　6 . 12 . 1 . 1 自动制动

　　测试电路如图 1 所示，调节风力发电机达到制造商文件声明的 自动制动条件，检查相应的制动方式。

　　6 . 12 . 1 . 2 手动制动

　　按制造商声明的手动制动方式制动，检查手动制动。

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　　6 . 12 . 2 绝缘电阻

　　在常温条件下，用绝缘电阻测试仪直流 500 V 的测试电压，对被测控制器交流电路对地、直流电路对地进行测试。

　　6 . 12 . 3 绝缘强度

　　交流电路对地应能承受 50 Hz、有效值为 1 500 V 的交流电压或等效其峰值的 2 120 V 直流电压;直流电路对地应能承受 50 Hz、有效值为 500 V 的交流电压(漏电流 ≤30 mA)或等效其峰值的 710 V直流电压。 试验电压从小于一半最高幅值处逐渐升高，达到规定电压值时持续 1 min。

　　6 . 12 . 4 防雷保护

　　目测检查是否有防雷保护装置。

　　7 检验规则

　　7 . 1 检验的分类

　　控制器的检验分为出厂检验和型式检验两类。

　　7 . 2 出厂检验及判定规则

　　控制器按照表 1 规定的出厂检验项目要求逐台进行出厂检验，出厂检验合格后应出具出厂检验合格证明。 若有一项不符合检验项目要求，允许返修复试。 复试合格后方可出具出厂检验合格证明。

　　7 . 3 型式检验及判定规则

　　7 . 3 . 1 型式检验

　　具有下列情况之一的应做型式检验：

　　a) 制造厂第一次试制或小批量试生产时;

　　b) 产品停产超过三年以上恢复生产;

　　c) 转厂生产;

　　d) 正式生产后，如结构、材料、工艺有较大变化，可能影响性能;

　　e) 出厂检验的结果与上次型式检验有较大差异时;

　　f) 质量监督或认证机构要求进行型式检验时。

　　7 . 3 . 2 判定规则

　　抽样方案按 GB/T 2828 . 1 规定的正常检验一次抽样方案。 整机抽样应是企业最近一年内生产，并经出厂检验合格的产品。 随机抽取 2 台，在用户处抽取可不受此限。 检验项 目见表 1,抽样方案及判定规则见表 2 。

　　判定规则：

　　a) 当被检验类的不合格数小于或等于 Ac 时，该类判定为合格。

　　b) 当被检验类的不合格数大于或等于 Re 时，该类判定为不合格。

　　c) 当被检产品在 A、B类别均被判为合格时，则整批产品被判为合格，否则被判为不合格。

　　GB/T 34521—20 17

　　表 1 检验项目

　　表 2 抽样方案及判定规则

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　　8 文件要求

　　8 . 1 概述

　　文件应包含用户手册和合格证。 用户手册应满足的一般要求：

　　a) 用户手册应清楚地描述控制器的安装、操作、维护和性能参数;

　　b) 用户手册所使用的语言应是控制器预定安装使用所在地的通用语言;

　　c) 用户手册应告知用户其内容是重要的安全指导并且应妥善保管。

　　8 . 2 安装

　　文件应包含安装说明，也可以包括详细调试说明。 基于安全考虑，对于安装和调试过程中可能产生的危险，需给出警示。 文件提供的信息应包括：

　　a) 安装环境、安装位置的要求;

　　b) 电气安装步骤、注意事项和安装细节;

　　c) 调试步骤及注意事项;

　　d) 含监控功能的控制器应有相应监控连接、操作说明。

　　8 . 3 操作

　　操作文件应包含以下信息：

　　a) 指示灯、显示屏说明;

　　b) 控制器的设置和调节方法的说明。

　　8 . 4 维护

　　维护文件应包含以下信息：

　　a) 保证安全所需要的定期维护周期和说明;

　　b) 故障现象、排查方法以及解决方案;

　　c) 控制器安装位置变动时操作说明;

　　d) 安全的清洁方式说明。

　　9 标识、包装、运输、贮存

　　9 . 1 设备标识

　　设备应有下列清晰的标识：

　　a) 设备名称;

　　b) 型号和商标;

　　c) 设备唯一序列号;

　　d) 主要参数;

　　e) 制造厂;

　　f) 设备出厂日期;

　　g) 引线端或引线的极性标识;

　　h) 安全标识。

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　　9 . 2 包装

　　包装应满足下列要求：

　　a) 包装箱外应印刷或贴有“小心轻放”“怕湿”“向上”等运输标识，运输标识应符合 GB/T 191 的规定;

　　b ) 包装箱外印刷或贴的标识不应因运输条件和自然条件而褪色脱落;

　　c) 包装箱应符合防潮、防尘、防震的要求;

　　d) 包装箱内应有装箱清单、产品使用说明书、合格证、配件及其他技术资料;

　　e) 包装后的产品应能以任何一般交通工具运输。

　　9 . 3 运输

　　运输应符合下列要求：

　　a) 运输中，应有遮篷，不应有剧烈振动、撞击等;

　　b ) 运输或搬运过程中应轻拿轻放。

　　9 . 4 贮存

　　产品使用前应存放在原包装箱内，存放产品的仓库环境温度为-40 ℃ ~70 ℃ ,相对湿度为 20%~ 90%,仓库内不准许有各种有害气体和易燃、易爆物品及有腐蚀性化学物品，设备不可重压，并且应无强烈机械振动、冲击。