《风电场电能质量测试方法-修订（含编制说明）》

NB

中华人民共和国能源行业标准

NB/T31005

代替NB/T31005-2011

风电场电能质量测试方法

Measurementstandardofwindfarmpowerquality

（征求意见稿）

20XX—XX—XX发布20XX—XX—XX实施

国家能源局发布

NB/T31005-202X

II

NB/T31005-202X

风电场电能质量测试方法

1范围

本文件规定了风电场电能质量的测试要求、测试程序和测试结果的评价。

本文件适用于通过110（66）kV及以上电压等级线路接入电网的风电场。

对于通过其他电压等级与电力系统连接的风电场，可参照执行。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；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/T12325电能质量供电电压偏差

GB/T12326电能质量电压波动和闪变

GB/T14549电能质量公用电网谐波

GB/T15543电能质量三相电压不平衡

GB/T17626.7电磁兼容试验和测量技术供电系统及所连设备谐波、谐间波的测量和测量仪器导

则

GB/T17626.15电磁兼容试验和测量技术闪烁仪功能和设计规范

GB/T17626.30电磁兼容试验和测量技术电能质量测量方法

GB/T19963风电场接入电力系统技术规定

GB20840.3互感器第3部分：电磁式电压互感器的补充技术要求

GB20840.2互感器第2部分：电流互感器的补充技术要求

GB/T24337电能质量公用电网间谐波

3术语和定义

GB/T19963界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

连续运行continuousoperation

风电场正常的运行状态，不包括整个风电场的启动、停机和切换操作。

3.2

正常运行normaloperation

在风电场规范中描述的无故障运行状态。

3.3

电压波动voltagefluctuation

电压均方根值（有效值）一系列的变动或连续的改变。

3.4

电压变化特性voltagechangecharacteristic,Uhp(t)

3

NB/T31005-202X

每半个基波电压周期均方根值变化的时间函数。

3.5

切换操作switchingoperation

风电机组启动与停机，或指风电机组发电机之间的切换。

3.6

不平衡度unbalancefactor

三相电力系统中三相不平衡的程度。用电压、电流的负序基波分量或零序基波分量与正序基波分量

的均方根值百分比表示。

4测试要求

4.1测试条件

测试条件应满足以下要求，并作为测试内容予以测量和报告。任何不满足给定测试条件获得的测试

数据均应剔除。

——风电场并网点10min电压均方根值（有效值）的平均值应在GB/T12325规定的电压范围内，

通常不超过额定电压±10%。

——电网频率的0.2s平均值应在额定频率的±1%范围内，电网频率变化率的0.2s平均值应小于

0.1Hz/0.2s。如果电网频率非常稳定并满足上述要求，则不必再进行评估。否则，测试时应测

量电网频率。

——风电场并网点的电压不平衡度的10min平均值应小于2%。

——风电场并网点的背景电压总谐波畸变率（包含2至50次谐波）的10min平均值应满足GB/T

14549的限值要求。

——测试过程中，不应受到异常背景谐波、电网谐振、非常态电压跌落/升高的影响。

测试期间，风电场实际运行容量应不低于风电场额定容量的90%，风电机组及其变压器、无功补

偿装置和风电场主升压变压器均应按风电场典型方式运行，且无新增设备接入电网。

应在风电场典型运行方式下开展测试，通常风电场运行在单位功率因数控制方式下。其他无功运行

方式下的测量，应在报告中给出测量结果对应的无功运行方式。

测试期间可记录风电场的风速，推荐使用风电场SCADA系统中0.1s时间间隔的风速数据，并确

保数据的时钟同步。

测试期间明显受到外部影响时（例如邻近风电场或负荷的影响），应以影响最小化的方式开展测试。

如果无法避免影响，则应在报告中进行说明。

短路比定义为短路视在功率与风电场额定功率之比，应在报告中说明。

本文件采用发电机符号惯例，即潮流的正方向定义为从发电机流向电网。

4.2测量设备

测量设备应满足以下要求：

a)数据采集设备应满足GB/T17626.30中A类测量仪器要求。

b)数据采集设备的分辨率应不低于12bit，测量准确度应不低于0.2%。

c)闪变测量应符合GB/T17626.15的要求，谐波、间谐波和高频分量的测量应符合GB/T17626.7

的要求。

电压传感器和电流传感器的准确度要求见表1。

表1电压和电流传感器的要求

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NB/T31005-202X

测量设备准确度符合标准

电压传感器1.0级GB20840.3

电流传感器1.0级GB20840.2

5测试程序

5.1总则

本章给出了风电场电能质量的测试内容和测试步骤，包括电压波动和闪变（5.2节），谐波、间谐

波和高频分量（5.4节），不平衡（5.5节）。测试报告格式参见附录A。

风电场连续运行期间，单台风电机组切换操作产生的闪变认为是风电场连续运行产生的闪变。

切换操作的测量持续时间应足够长，确保切换操作引起的暂态过程基本结束。

测试期间应记录风电场主要设备的运行方式，包括风电机组运行方式（如恒功率因数控制、最大感

性无功输出、最大容性无功输出等）、动态无功补偿装置运行方式、变压器实际运行档位、风电场自动

发电控制系统（AGC）、风电场自动电压控制系统（AVC）和一次调频系统的运行方式。

5.2电压波动和闪变

5.2.1连续运行

测试方法如下：

a)风电场连续运行时，以不低于6kHz的采样率采集风电场并网点的三相电压瞬时值和三相电流

瞬时值。风电场并网点有功功率从0至80%额定功率的范围内，以10%额定功率为区间，每

个功率区间、每相应至少采集5个10min时间序列的数据。此处，有功功率为10min平均值。

b)风电场停运时，以不低于6kHz的采样率采集风电场并网点三相电压瞬时值和三相电流瞬时值，

每相应至少采集144个10min时间序列的背景数据。

c)选择下列方法之一，计算风电场连续运行引起的闪变和电压变化，具体方法参见附录B。当背

景电网闪变值较大时，推荐使用“虚拟电网”方法计算。

1)虚拟电网

将风电场连续运行测量的瞬时电压和电流时间序列代入式（B.1），得到电压时间序

列ufic(t)；

将模拟电压时间序列ufic(t)输入到与GB/T12326一致的闪变值算法，计算风电场并网

点的短时间闪变值Pst；

计算风电场并网点的最大稳态电压变化dc和最大绝对电压变化dmax。

2)直接测量

将风电场停运测量的电压时间序列um(t)输入到与GB/T12326一致的闪变值算法，计

算电网背景短时间闪变值Pst0和背景长时间闪变值Plt0；

将风电场连续运行测量的电压时间序列um(t)输入到与GB/T12326一致的闪变值算法，

计算风电场并网点的短时间闪变值Pst1和长时间闪变值Plt1，以及风电场单独运行引

起的长时间闪变Plt2；

计算风电场并网点的最大稳态电压变化dc和最大绝对电压变化dmax。

d)记录风电场并网点的短时间闪变的最大值、95%概率值和99%概率值，长时间闪变的95%概率

值，最大稳态电压变化和最大绝对电压变化的95%概率值和99%概率值。

5.2.2切换操作

5

NB/T31005-202X

测试项目包括：

a)风电场并网点有功功率P≤30%Pn和P≥80%Pn时，分别进行风电场启动和正常停机测试；

b)风电场正常运行，无功补偿装置无功功率在QL（Qc）≤30%Qn和QL（Qc）≥80%Qn时，分别进

行无功补偿装置启动和正常停机测试。

测试方法如下：

a)在风电场自动发电控制系统（AGC）或风电场能量管平台上，分别下发风电场启动和正常停

机操作指令，以不低于6kHz的采样率采集风电场启动和正常停机过程中并网点的三相电压瞬

时值和三相电流瞬时值。

b)在风电场无功补偿装置控制系统后台，分别下发无功补偿装置启动和正常停机操作指令，采集

无功补偿装置启动和正常停机过程中风电场并网点的三相电压瞬时值和三相电流瞬时值。

c)不同类型的切换操作应至少完成1次，推荐各进行3次。

d)选择下列方法之一，计算切换操作引起的闪变和电压变化，具体方法参见附录B。当背景电网

闪变值较大时，推荐使用“虚拟电网”方法计算。

1)虚拟电网

将切换操作测量的瞬时电压和电流时间序列代入式（B.1），得到电压时间序列ufic(t)；

将模拟的电压时间序列ufic(t)输入到与GB/T12326一致的闪变值算法，计算风电场并

网点的短时间闪变值Pst；

计算风电场并网点的最大稳态电压变化dc和最大绝对电压变化dmax。

2)直接测量

将切换操作测量的电压时间序列um(t)输入到与GB/T12326一致的闪变值算法，计算

风电场并网点的短时间闪变值Pst；

计算风电场并网点的最大稳态电压变化dc和最大绝对电压变化dmax。

e)记录不同类型切换操作风电场并网点的短时间闪变Pst的最大值、最大稳态电压变化dc和最大

绝对电压变化dmax。若同类型的切换操作进行了多次测试，应给出测量结果的平均值。

5.3谐波、间谐波和高频分量

测试方法如下：

a)风电场正常运行时，以不低于20kHz的采样率采集风电场并网点的三相电压瞬时值和三相电

流瞬时值。风电场并网点有功功率从0至80%额定功率的范围内，以10%额定功率为区间，

每个功率区间、每相应至少采集5个10min时间序列的数据。此处，有功功率为10min平均

值。

b)风电场停运时，以不低于20kHz的采样率采集风电场并网点的三相电压瞬时值和三相电流瞬

时值，每相应至少采集144个10min时间序列的数据。

c)将测量的电压时间序列um(t)和电流时间序列im(t)，取0.2s时间窗进行离散傅里叶变换，按照

GB/T17626.7规定的谐波子群、间谐波中心子群以及高频分量分组方式，计算电压和电流的谐

波、间谐波和高频分量的有效值。

d)计算3s内谐波、间谐波和高频分量有效值的平均值，计算10min内谐波、间谐波和高频分量

有效值的平均值。

e)利用式（1）和式（2）分别计算电压总谐波畸变率和电流总谐波畸变率。

THD�THD�

50……..（1）

h=2Uh

�

THD=U1

50……...（2）

h=2�ℎ

�

THD=�1

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NB/T31005-202X

式中：

――第h次谐波电压有效值；

――基波电压有效值；

h

U――第h次谐波电流有效值；

1

U――基波电流有效值。

ℎ

f)记�录风电场正常运行期间，并网点电压和电流的谐波、间谐波和高频分量的95%概率值、99%

1

概�率值和最大值，3s时间间隔的电压和电流谐波、间谐波、高频分量的99%概率值和最大值，

以及电压总谐波畸变率和电流总谐波畸变率。

g)记录风电场停运期间，并网点电压和电流的谐波、间谐波、高频分量的95%概率值、99%概

率值和最大值，3s时间间隔的电压和电流谐波、间谐波、高频分量的99%概率值和最大值，

以及电压总谐波畸变率。

5.4不平衡

测试方法如下：

a)风电场正常运行时，以不低于6kHz的采样率采集风电场并网点的三相电压瞬时值和三相电流

瞬时值。风电场并网点有功功率从10%至80%额定功率的范围内，以10%额定功率为区间，

每个功率区间、每相应至少采集5个10min时间序列的数据。此处，有功功率为10min平均

值。

b)风电场停运时，以不低于6kHz的采样率采集风电场并网点的三相电压瞬时值，每相应至少采

集144个10min时间序列的数据。

c)根据IEC61400-21-1，采用0.2s均方根值计算风电场正常运行期间的正序电压U1、负序电压

U2、正序电流I1和负序电流I2，并根据公式（3）和公式（4）计算电流不平衡度（）和电

压不平衡度（）。

���

���..................................................................（3）

�2

���=�1100%

................................................................（4）

�2

d)记录风电场正常运行时每个功率区�间�对�应=的�1电10压0%不平衡度和电流不平衡度的95%概率值和最

大值，并给出电压不平衡度-有功功率的变化曲线和电流不平衡度-有功功率的变化曲线；记录

风电场停运时的电压不平衡度的95%概率值和最大值。

6测试结果评价

6.1电压波动和闪变

风电场连续运行和切换操作在并网点引起的电压波动和闪变评价按照GB/T12326。

6.2谐波和间谐波

风电场正常运行在并网点引起的谐波电流评价按照GB/T14549执行，间谐波电压评价按照GB/T

24337执行。

6.3不平衡

风电场正常运行在并网点引起的三相电压不平衡评价按照GB/T15543执行。

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NB/T31005-202X

A

A

附录A

（资料性）

报告格式

A.1风电场描述

风电场地理位置，装机容量，风电机组构成及参数，无功补偿装置配置状况，风电场控制设备配置

状况（包括自动功率控制系统AGC、自动电压控制系统AVC、频率调节装置、电压和频率允许的偏差

范围等）。

A.2测试设备描述

设备型号、数目、校准情况及其简单说明等。

A.3测试程序描述

测试条件、采样频率、测试周期。

测试日志记录测试期间风电场的重要事件，比如风电机组的检修与维护、场内集电线路检修等。

A.4测试结果

表A.1测试期间风电场设备运行方式/控制模式说明（不同测试项目分别说明）

无功功率设定值控制，Q=0

其它模式：

表A.2各功率区间采集到的10min数据个数

有功功率区间(额定功有功功率区间(额定功率

10min数据个数10min数据个数

率的百分比，%)的百分比，%)

-10~050~60

0~1060~70

10~2070~80

20~3080~90

30~4090~100

40~50—

表A.3切换操作次数

测试项目切换次数

风电场并网

风电场正常停机

无功补偿装置并网

无功补偿装置正常停机

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表A.4风电场背景电压波动和闪变

测试结果

电压波动和闪变

最大值99%概率值95%概率值

Pst

Plt

dc

dmax

表A.5风电场连续运行引起的电压波动和闪变

测试结果

电压波动和闪变

最大值99%概率值95%概率值

Pst

Plt

dc

dmax

表A.6风电场切换操作引起的电压波动和闪变

风电场启动风电场正常停机

电压波动和闪变

P≥80%PnP≤30%PnP≥80%PnP≤30%Pn

Pst（=Plt）

dc

dmax

表A.7无功补偿装置切换操作引起的电压波动和闪变

电压波动无功补偿装置启动无功补偿装置正常停机

和闪变QL≥80%QnQL≤30%QnQc≥80%QnQc≤30%QnQL≥80%QnQL≤30%QnQc≥80%QnQc≤30%Qn

Pst（=Plt）

dc

dmax

表A.8风电场并网点的谐波电压

谐波电压95%概率值谐波电压99%概率值谐波电压最大值

谐波次数（相对于额定电压的百分（相对于额定电压的百分（相对于额定电压的百分

比，%）比，%）比，%）

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表A.9风电场并网点的间谐波电压

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间谐波电压95%概率值间谐波电压99%概率值间谐波电压最大值

f（Hz）（相对于额定电压的百分（相对于额定电压的百分（相对于额定电压的百分

比，%）比，%）比，%）

75

125

175

225

275

325

375

425

475

525

575

625

675

725

775

825

875

925

975

1025

1075

1125

1175

1225

1275

1325

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1425

1475

1525

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1675

1725

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表A.10风电场并网点的谐波电压高频分量

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谐波电压高频分量95%概谐波电压高频分量99%概谐波电压高频分量最大值

f（kHz）率值（相对于额定电压的率值（相对于额定电压的（相对于额定电压的百分

百分比，%）百分比，%）比，%）

2.1

2.3

2.5

2.7

2.9

3.1

3.3

3.5

3.7

3.9

4.1

4.3

4.5

4.7

4.9

5.1

5.3

5.5

5.7

5.9

6.1

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6.7

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7.1

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7.5

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8.1

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8.9

表A.11风电场并网点的谐波电流

谐波次数谐波电流95%概率值谐波电流99%概率值谐波电流最大值

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（相对于额定电流的百分（相对于额定电流的百分（相对于额定电流的百分

比，%）比，%）比，%）

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表A.12风电场并网点的间谐波电流

间谐波电流95%概率值间谐波电流99%概率值间谐波电流最大值

f（Hz）（相对于额定电流的百分（相对于额定电流的百分（相对于额定电流的百分

比，%）比，%）比，%）

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225

275

325

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425

475

525

575

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表A.13风电场并网点的谐波电流高频分量

谐波电流高频分量95%概谐波电流高频分量99%概谐波电流高频分量最大值

f（kHz）率值（相对于额定电流的率值（相对于额定电流的（相对于额定电流的百分

百分比，%）百分比，%）比，%）

2.1

2.3

2.5

2.7

2.9

3.1

3.3

3.5

3.7

3.9

4.1

4.3

4.5

4.7

4.9

5.1

5.3

5.5

5.7

5.9

6.1

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表A.14风电场并网点电压和电流的三相不平衡度

测试项目95%概率值最大值

电流不平衡度

电压不平衡度

背景电压不平衡度

图A.1功率-电流不平衡度图

图A.2功率-电压不平衡度图

B

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附录B

（资料性）

电压波动和闪变计算

B.1虚拟电网

虚拟电网用一个瞬时值为u0(t)的理想单相电压源和由电阻Rfic和电感Lfic串联组成的电网阻抗表示。

风电场用电流源im(t)表示，im(t)为线电流的测量瞬时值。图B.1所示为虚拟电网的单相电路图。

图B.1用于虚拟电压仿真的虚拟电网

根据公式B.1，可以得出这个简单模型中模拟电压的瞬时值ufic(t)：

dit

ututRitLm.....................（B.1）

fic0ficmficdt

理想电压源u0(t)可以通过不同方法得到。但应满足理想电压的以下两个特性：

a)理想电压源不应有任何波动，即电压闪变为零；

应与测量电压的基波具有相同的电气相角。只要，就可确保

b)u0(t)αm(t)ufictu0tu0t

ufic(t)与im(t)之间的相角正确。

为满足以上条件，u0(t)定义如公式B.2所示，αm(t)定义如公式B.3所示。

2

utUsinat...........................................（B.2）

03nm

式中：

Un——电网额定电压的有效值。

测量电压基波电气角的定义如下：

t（）

amt20ftdta0.............................................B.3

式中：

f(t)——频率（可能随时都在变化）；

t——自时间序列开始记录起的时间；

a0――t=0时的电气角。

利用公式B.4，选择Rfic和Lfic以获得合适的电网阻抗相角ψk：

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2fLX

gficfic（）

tank...................................B.4

RficRfic

式中：

fg――电网额定频率（50Hz）。

虚拟电网的三相短路容量按公式B.5计算：

U2

S=n...................................................（B.5）

k,fic22

RficXfic

式中：

Rfic――虚拟电网中的电阻；

Lfic――虚拟电网中的电感。

由于IEC61000-4-15给出的方法旨在确定某一特定的电压波动是否会引起闪变，没有很精确考虑小

的电压波动的影响。降低短路比会得出更大的电压波动。另一方面，短路比太小会使ufic(t)的平均有效

值明显偏离u0(t)的有效值，同时由于对绝对电压变化进行规格化时采用的平均值不同，因此这也会影响

相对电压变化。为了保证所应用的闪变算法或闪变仪给出的短时间闪变值Pst在IEC61000-4-15所要求

的测量范围之内，必须使电网短路容量Sk,fic和风电场额定容量Sn有合适的比值，本文件推荐短路比

Sk,fic/Sn在20~50之间，建议取值20。此外，为获得更好的分辨率，推荐使用6400分级数代替IEC

61000-4-15标准推荐的64级，计算得到的Pst值准确度应优于5%。

B.2直接测量

根据IEC61000-4-15给出的方法进行闪变计算，经过5个步骤，如下图所示。

图B.2IEC61000-4-15给出的闪变测量框图

a)框1将输入的被测电压适配成适合仪器的电压数值,并能发出标准的调幅波电压作为仪器自检

信号"；

b)框2至框4为“灯~眼~脑”环节的模拟，其中框2用平方解调法从工频电压波动信号中解调出反

2

映电压波动的调幅波，解调后的信号可表示为u0(t)=mAsin(ψt)（平方解调通过框2的平方检

测滤波器和框3的带通加权滤波器来完成）；框3由带通滤波器和加权滤波器构成，模拟人眼

~脑的频率选择特性，其实质是用传递函数K(s)逼近觉察率为50%的视感度曲线，其中6阶巴

特沃斯(Butetwrorth)低通滤波器的截止频率为35Hz，截止频率为0.05Hz的一阶高通滤波器来

抑制直流分量；框4模拟人脑神经对视觉的反映和记忆效应，包含一个平方器和时间常数为

300ms的一阶低通滤波器，用来模拟灯~眼~脑环节对灯光照度变化的暂态非线性响应和记忆

效应；

c)框4输出的瞬时闪变视感度S(t)反映了人的视觉对电压波动的瞬时闪变感觉水平，可对S(t)作

不同的处理来反映电网电压波动引起的闪变程度。

d)将进入框5的S(t)值用累积概率函数CPF的方法进行分析。在一个观察期内(10min)，对上述

信号进行统计，利用P0.1，P1，P3，P10和P50计算Pst，如公式B.6所示。详细计算方法见

GB/T12326-2008附录A。

18

NB/T31005-202X

3

Pst0.0314P0.10.0525P1s0.0657P3s0.28P10s0.08P50s.......................(B.6)

式中：

P0.1，P1，P3，P10和P50――分别为CPF曲线上等于0.1%、l%、3%、10%和50%时间的S(t)值。

e)根据公式B.7计算上时间闪变值；

n

13

3（）

PltPstj...............................................................(B.7)

nj=1

式中：

Plt――长时间闪变测量值。

f)根据公式B.8计算风电场单独引起的长时间闪变值Plt2。使用采集到的背景数据计算风电场背

景长时间闪变值Plt0，使用采集到的正常运行数据计算风电场运行期间的长时间闪变值Plt1。

333

Plt2Plt1Plt0..............................................................(B.8)

式中：

Plt0――风电场背景长时间闪变测量值；

Plt1――风电场正常运行时并网点的长时间闪变测量值；

Plt2――风电场单独引起的长时间闪变值。

B.3电压变化计算

根据IEC61000-4-15给出的方法，计算最大稳态电压变化dc和最大绝对电压变化dmax。

电压变化特性与风电场并网点额定电压的比值，称为相对电压变化特性，记作，如公式B.9

所示。

�hp(t)

...............................................................(B.9)

式中：�hp(t)=�hpt/�n

——电压变化值，即连续过零点之间的半个周期基波电压的均方根值；

——电压变化特性，即随时间变化的函数关系；

�hp

——风电场并网点额定电压。

�hpt�hp

将电压状态分为两类，一类是电压保持稳态，另一类是电压发生变化。当基波电压至少个连续

�n100

半周期电压均方根值维持在参考值±0.2%范围内，认为电压保持稳态。否则，认为电压发生变化。判断

电压首次进入稳态的参考值为，其余参考值取的1s滑动平均值。

在测量周期内，前一个电压稳态时段结束时刻的相对电压变化值与后一个电压稳态时段开始

�n�hp

时刻的相对电压变化值的差值，称为稳态电压变化值，记作。所有中绝对值最大的称为最

�endi−1

大稳态电压变化值，记作。如公式B.10和B1.11所示。��

�starti����

��...........................................................(B.10)

��endi−1starti

�=(�−�....)............................................................(B.11)

�

式中：�c=max(∣��∣)

——第i-1个电压稳态时段的最后一个相对电压变化值，=；

i−1——第i个电压稳态时段的第一个相对电压变化值，=i−1。i−1

�end�end�ℎ�(�=�end)

�starti�starti�ℎ�(�=�start�)

19

NB/T31005-202X

在电压波动期间，前一个稳态电压时段结束时刻的相对电压变化值与其随后的之差的

最大值，称为最大电压变化值，记作。在测量周期内，所有中绝对i−值1最大的称为最大绝对电

�end�hp(t)

压变化值，记作。如公式B.12和B.13所i示。i

�max�max

�max.....................................................(B.12)

maxiendi−1hp

�=max(�−�...t...)......................................................(B.13)

i

�max=max(∣�max∣)

B

C

20

NB/T31005-202X

参考文献

[1]IEC61400-21-1:Measurementandassessmen