NBT 10929—2022《风力发电机组 变流器 可靠性技术规范》标准解析

侯 垚

（机械工业北京电工技术经济研究所）

1 制定背景和意义

变流器作为发电机和电网的接口，是风电机组中功率转换的核心部件，其将发电机发出的电压和频率随风速变化的电能，通过交-直-交变换为工频频率馈入电网。风的随机波动性使变流器的运行工况不断变化，且风电机组的运行环境恶劣，维修维护难度大，因此风电机组变流器要求具有良好的可靠性。

根据DL/T 861—2020的定义，可靠性是指元件或系统在规定的条件下和规定的时间区间内完成规定功能的能力。风电机组的变流器可靠性主要受拓扑结构及功率模块的可靠性和实际运行工况影响。由于风速变化快且准确预测难度大，变流器需要处理的功率波动幅度大，导致变流器长期工作在非平稳状态，长时间运行后导致功率器件老化加速，变流器的运行可靠性随之降低。

2020～2021年，国家能源局电力可靠性管理和工程质量监督中心发布的《全国电力可靠性年度报告》对风电机组的运行可靠性进行了统计分析。统计结果显示，变流器是造成风电机组非计划停运累计时间最长和停运次数最多的关键部件，具体见图1、图2。

图2 风电机组累计非计划停运次数（次）

2 标准制定过程

该标准项目来源于国家能源局2018年能源领域行业标准制修订计划，项目名称为《风力发电机组变流器可靠性技术规范》，项目计划编号为能源20200339。

2019年8月组织成立技术标准研究项目工作组，明确工作组各成员的具体职责。2019年10月编制技术标准草案大纲，明确标准的制定思路、任务、分工以及进度等。2019年11月根据草案大纲的要求，课题组对风力发电机组变流器可靠性技术规范进行调研和详细编写工作。

2020年8月，组织项目成员进行初稿讨论工作，针对风力发电机组变流器可靠性技术规范内容给出了科学、准确、详尽的描述。

能源行业风电标准化技术委员会风电电器设备分技术委员会（NEA/TC1/SC6）于2021年组织召开标准启动会，由国内整机厂、变流器制造企业和第三方检测机构共同成立标准起草工作组，标准编制过程分析对比了现行的风电变流器国家标准技术条件及试验方法。

2021年4月23日，标委会于成都组织召开标准讨论工作组会议，确定了标准适用范围、框架大纲等内容，明确了变流器可靠性指标及变流器关键部件清单。2021年11月召开了标准送审稿审查会，参会专家一致同意标准审查通过。

3 标准主要内容

NB/T 10929—2022 《风力发电机组变流器可靠性技术规范》于2022年5月13日发布，2022年11月13日实施，标准中规定了风电机组变流器的可靠性指标及要求、可靠性计算方法、试验项目等内容。

标准规定的可靠性主要指标包括失效率和平均故障间隔时间，其中平均故障间隔时间的计算公式如下：

式中，MTTF为不可修复部件的平均失效时间；MTTR为平均修复或替换时间；LDT为可修复部件的物流时间。

式中，λ为失效率；MTBF为平均故障间隔时间，指产品或系统在两相邻故障间隔周期内正常工作的平均时间。风电机组变流器可靠性的技术指标见表1。

表1 风电机组变流器可靠性技术指标

现行国家标准中风电机组变流器平均故障间隔时间要求不低于18000h，低于NB/T 10929—2022的要求，见表2。

表2 现行标准中变流器平均故障间隔时间指标

风电变流系统的可靠性试验项目包括环境应力筛选、可靠性研制试验、可靠性增长试验、可靠性鉴定试验、可靠性验收试验、可靠性分析试验和寿命试验。根据上述实验结果，综合判定风电变流系统的可靠性。

4 标准主要内容的论据，解决的主要问题

该标准修订主要目的是根据行业的发展和技术更新，逐步完善风力发电机组变流器可靠性技术规范，提高变流器领域中涉及安全性和可靠性的能力，规范生产、配套和使用行为准则。

风电变流器的应用规模随着风力发电机组的装机量的增多，应用地域也随之得到了极大扩展。然而在实际应用中，变流器运行所暴露出的故障、器件质量、设计质量等问题也逐渐增多，并且随着规模的增长，电网客户侧对于风机整机，直至变流器本体，都提出了越来越高的要求。对于降低故障率，器件的可靠性提升方面，学术界也有专门研究。

该标准主要在产品技术开发应用过程中，引入可靠性概念，从定义，指标，可靠性设计及可靠性验证，可靠性试验等角度，对具体产品设计提供指导。对常见的主要可靠性指标，如MTBF、MTTR、MTBI等做了明确的技术要求，对变流器的温湿度适应性及振动特性和寿命试验等也提出了相应要求。同时，对可靠性的分析方法，计算方法和可靠性试验的方法也进行了规定。

5 结束语

提高变流器的可靠性是风电行业亟待解决的重要问题。变流器在风电机组整机成本中占比较低，但对机组运行可靠性影响最大。目前国内风电变流器可靠性研究还处于起步阶段，在可靠性评估、寿命预测等方面的研究还不完善。NB/T 10929—2022标准是国内首个关于风电变流器可靠性的能源行业标准，给出了风电变流器可靠性的主要技术指标，可作为机组制造商和风电开发商评价变流器可靠性的重要依据。建议标准归口标委会做好标准的实施宣贯，适时开展产业标准的应用调研，进一步优化标准相关技术数据。