侯 垚

（機(jī)械工業(yè)北京電工技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所）

1 制定背景和意義

變流器作為發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的接口，是風(fēng)電機(jī)組中功率轉(zhuǎn)換的核心部件，其將發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓和頻率隨風(fēng)速變化的電能，通過(guò)交-直-交變換為工頻頻率饋入電網(wǎng)。風(fēng)的隨機(jī)波動(dòng)性使變流器的運(yùn)行工況不斷變化，且風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行環(huán)境惡劣，維修維護(hù)難度大，因此風(fēng)電機(jī)組變流器要求具有良好的可靠性。

根據(jù)DL/T 861—2020的定義，可靠性是指元件或系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間區(qū)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。風(fēng)電機(jī)組的變流器可靠性主要受拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及功率模塊的可靠性和實(shí)際運(yùn)行工況影響。由于風(fēng)速變化快且準(zhǔn)確預(yù)測(cè)難度大，變流器需要處理的功率波動(dòng)幅度大，導(dǎo)致變流器長(zhǎng)期工作在非平穩(wěn)狀態(tài)，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后導(dǎo)致功率器件老化加速，變流器的運(yùn)行可靠性隨之降低。

2020～2021年，國(guó)家能源局電力可靠性管理和工程質(zhì)量監(jiān)督中心發(fā)布的《全國(guó)電力可靠性年度報(bào)告》對(duì)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行可靠性進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，變流器是造成風(fēng)電機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)累計(jì)時(shí)間最長(zhǎng)和停運(yùn)次數(shù)最多的關(guān)鍵部件，具體見(jiàn)圖1、圖2。

圖2 風(fēng)電機(jī)組累計(jì)非計(jì)劃停運(yùn)次數(shù)（次）

2 標(biāo)準(zhǔn)制定過(guò)程

該標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目來(lái)源于國(guó)家能源局2018年能源領(lǐng)域行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制修訂計(jì)劃，項(xiàng)目名稱(chēng)為《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器可靠性技術(shù)規(guī)范》，項(xiàng)目計(jì)劃編號(hào)為能源20200339。

2019年8月組織成立技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究項(xiàng)目工作組，明確工作組各成員的具體職責(zé)。2019年10月編制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)草案大綱，明確標(biāo)準(zhǔn)的制定思路、任務(wù)、分工以及進(jìn)度等。2019年11月根據(jù)草案大綱的要求，課題組對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器可靠性技術(shù)規(guī)范進(jìn)行調(diào)研和詳細(xì)編寫(xiě)工作。

2020年8月，組織項(xiàng)目成員進(jìn)行初稿討論工作，針對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器可靠性技術(shù)規(guī)范內(nèi)容給出了科學(xué)、準(zhǔn)確、詳盡的描述。

能源行業(yè)風(fēng)電標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)風(fēng)電電器設(shè)備分技術(shù)委員會(huì)（NEA/TC1/SC6）于2021年組織召開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)啟動(dòng)會(huì)，由國(guó)內(nèi)整機(jī)廠、變流器制造企業(yè)和第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)共同成立標(biāo)準(zhǔn)起草工作組，標(biāo)準(zhǔn)編制過(guò)程分析對(duì)比了現(xiàn)行的風(fēng)電變流器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)條件及試驗(yàn)方法。

2021年4月23日，標(biāo)委會(huì)于成都組織召開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)討論工作組會(huì)議，確定了標(biāo)準(zhǔn)適用范圍、框架大綱等內(nèi)容，明確了變流器可靠性指標(biāo)及變流器關(guān)鍵部件清單。2021年11月召開(kāi)了標(biāo)準(zhǔn)送審稿審查會(huì)，參會(huì)專(zhuān)家一致同意標(biāo)準(zhǔn)審查通過(guò)。

3 標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容

NB/T 10929—2022 《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器可靠性技術(shù)規(guī)范》于2022年5月13日發(fā)布，2022年11月13日實(shí)施，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了風(fēng)電機(jī)組變流器的可靠性指標(biāo)及要求、可靠性計(jì)算方法、試驗(yàn)項(xiàng)目等內(nèi)容。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的可靠性主要指標(biāo)包括失效率和平均故障間隔時(shí)間，其中平均故障間隔時(shí)間的計(jì)算公式如下：

式中，MTTF為不可修復(fù)部件的平均失效時(shí)間；MTTR為平均修復(fù)或替換時(shí)間；LDT為可修復(fù)部件的物流時(shí)間。

式中，λ為失效率；MTBF為平均故障間隔時(shí)間，指產(chǎn)品或系統(tǒng)在兩相鄰故障間隔周期內(nèi)正常工作的平均時(shí)間。風(fēng)電機(jī)組變流器可靠性的技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 風(fēng)電機(jī)組變流器可靠性技術(shù)指標(biāo)

現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中風(fēng)電機(jī)組變流器平均故障間隔時(shí)間要求不低于18000h，低于NB/T 10929—2022的要求，見(jiàn)表2。

表2 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中變流器平均故障間隔時(shí)間指標(biāo)

風(fēng)電變流系統(tǒng)的可靠性試驗(yàn)項(xiàng)目包括環(huán)境應(yīng)力篩選、可靠性研制試驗(yàn)、可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)、可靠性鑒定試驗(yàn)、可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)、可靠性分析試驗(yàn)和壽命試驗(yàn)。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，綜合判定風(fēng)電變流系統(tǒng)的可靠性。

4 標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的論據(jù)，解決的主要問(wèn)題

該標(biāo)準(zhǔn)修訂主要目的是根據(jù)行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)更新，逐步完善風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器可靠性技術(shù)規(guī)范，提高變流器領(lǐng)域中涉及安全性和可靠性的能力，規(guī)范生產(chǎn)、配套和使用行為準(zhǔn)則。

風(fēng)電變流器的應(yīng)用規(guī)模隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的裝機(jī)量的增多，應(yīng)用地域也隨之得到了極大擴(kuò)展。然而在實(shí)際應(yīng)用中，變流器運(yùn)行所暴露出的故障、器件質(zhì)量、設(shè)計(jì)質(zhì)量等問(wèn)題也逐漸增多，并且隨著規(guī)模的增長(zhǎng)，電網(wǎng)客戶側(cè)對(duì)于風(fēng)機(jī)整機(jī)，直至變流器本體，都提出了越來(lái)越高的要求。對(duì)于降低故障率，器件的可靠性提升方面，學(xué)術(shù)界也有專(zhuān)門(mén)研究。

該標(biāo)準(zhǔn)主要在產(chǎn)品技術(shù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用過(guò)程中，引入可靠性概念，從定義，指標(biāo)，可靠性設(shè)計(jì)及可靠性驗(yàn)證，可靠性試驗(yàn)等角度，對(duì)具體產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。對(duì)常見(jiàn)的主要可靠性指標(biāo)，如MTBF、MTTR、MTBI等做了明確的技術(shù)要求，對(duì)變流器的溫濕度適應(yīng)性及振動(dòng)特性和壽命試驗(yàn)等也提出了相應(yīng)要求。同時(shí)，對(duì)可靠性的分析方法，計(jì)算方法和可靠性試驗(yàn)的方法也進(jìn)行了規(guī)定。

5 結(jié)束語(yǔ)

提高變流器的可靠性是風(fēng)電行業(yè)亟待解決的重要問(wèn)題。變流器在風(fēng)電機(jī)組整機(jī)成本中占比較低，但對(duì)機(jī)組運(yùn)行可靠性影響最大。目前國(guó)內(nèi)風(fēng)電變流器可靠性研究還處于起步階段，在可靠性評(píng)估、壽命預(yù)測(cè)等方面的研究還不完善。NB/T 10929—2022標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)內(nèi)首個(gè)關(guān)于風(fēng)電變流器可靠性的能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，給出了風(fēng)電變流器可靠性的主要技術(shù)指標(biāo)，可作為機(jī)組制造商和風(fēng)電開(kāi)發(fā)商評(píng)價(jià)變流器可靠性的重要依據(jù)。建議標(biāo)準(zhǔn)歸口標(biāo)委會(huì)做好標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施宣貫，適時(shí)開(kāi)展產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用調(diào)研，進(jìn)一步優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)。