CN103969534A - 一种风电机组孤岛测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种风电机组孤岛测试方法，包括以下步骤：确定测试条件；选择测量点；选取测试项目，并对风电机组进行孤岛测试。本发明提供的一种风电机组孤岛测试方法，对风电机组进行孤岛运行能力、防孤岛能力进行测试。通过该测试方法，采集整个测试过程的运行数据进行分析，可全面的体现风电机组的孤岛能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种测试方法，具体将涉及一种风电机组孤岛测试方法。
背景技术
风力发电作为可再生能源开发中技术最成熟的、最具有规模开发和商业化发展前景的发电方式之一，由于其在减轻环境污染、调整能源结构、解决偏远地区居民用电问题等方面的突出作用，越来越受到世界各国的重视并得到了广泛的开发和应用。近年来我国风力发电发展势头迅猛，风电装机每年翻番，大规模并网风电机组的运行对电网及用户的影响也日趋重要。
所谓孤岛现象是指当电网由于电气故障或自然因素等原因中断供电时，发电系统仍然向周围的负载供电，从而形成一个电力公司无法控制的自给供电孤岛。一旦进入孤岛状态时发电系统提供的有功和无功功率与负载需求不匹配,负载两端电压和频率值就有可能超过变流器的过欠压、过欠频保护范围,此时系统将强迫变流器与电网和负载脱离,同时变流器停止工作。但是在源-负载功率平衡的情况下,电压和频率变化很小,变流器的过欠压、过欠频保护将失效，导致系统进入孤岛运行。发电系统处于孤岛运行状态时会产生严重的后果，如孤岛中的电压和频率无法控制，可能会对用户的设备造成损坏；孤岛中的线路仍然带电，可能会危及检修人员的人身安全等。但是在微电网中，为了确保分布式发电系统中重要负荷的不间断供电，还需利用孤岛效应。因此，风电机组不但需要具备防孤岛能力，还需具备孤岛运行的能力。
因此，为保障大规模风电接入后的电力系统安全稳定运行，保障负载端用户的供电质量及用电设备的安全，亟需开展风电机组孤岛测试，但目前在风电领域，还没有开展风电机组孤岛测试的案例，也没有相应的测试方法提出。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种风电机组孤岛测试方法，对风电机组进行孤岛运行能力、防孤岛能力进行测试。通过该测试方法，采集整个测试过程的运行数据进行分析，可全面的体现风电机组的孤岛能力。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
本发明提供一种风电机组孤岛测试方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：确定测试条件；
步骤2：选择测量点；
步骤3：选取测试项目，并对风电机组进行孤岛测试。
所述步骤1中，测试条件需要同时满足以下三个条件：
1)风电机组已并网运行1～3个月；
2)风电机组在脱网情况下，能够连接就地可变负载或孤岛发生装置；
3)孤岛测试选择在风电机组变压器高压侧进行。
所述步骤2中的测量点反应风电机组在整个孤岛测试期间的特性，测试点包括风电机组高压侧三相电流IMV、风电机组高压侧三相电压UMV_W、电网侧三相电压UMV_G、风电机组低压侧三相电流ILV、风电机组低压侧三相电压ULV、孤岛发生装置并网点三相电流IG、孤岛发生装置内部负载投入开关测三相电流IL、风速vwind、风电机组中发电机转速vGS和风电机组并网开关信号Switch。
所述步骤3中，根据风电机组不同的运行模式及输出有功功率的情况下，对风电机组进行孤岛功能开启测试和孤岛功能关闭测试。
风电机组的运行模式包括零无功模式、最大感性无功模式和最大容性无功模式；在以上三种运行模式下，风电机组输出的有功功率均为50％额定输出功率和10％额定输出功率。
所述步骤3具体包括以下步骤：
步骤3-1：将孤岛发生装置连接于风电机组出口变压器和风电场升压变压器之间；
步骤3-2：进行负载匹配；
步骤3-3：进行孤岛运行测试；
步骤3-4：进行防孤岛功能测试。
所述步骤3-1中，孤岛发生装置包括智能负载、可调节变压器、并网开关CB1、负载开关CB2、就地监控平台和远程监控系统；风电机组出口变压器高压侧通过并网开关CB1连接电网，并依次通过负载开关CB2和可调式变压器连接智能负载，所述就地监控平台对孤岛测试装置进行就地监控，并将采集到的数据可实时传入远程监控系统。
所述步骤3-2中的负载匹配为负载消耗的有功功率及无功功率与风电机组输出的有功功率及无功功率之间的匹配，此时风电机组为任意状态，具体包括以下步骤：
步骤3-2-1：先使并网开关CB1处于闭合状态，负载开关GB2处于断开状态；再通过限功率调节风电机组输出有功功率，使风电机组输出的有功功率P等于测试需要的功率，同时测量风电机组输出的无功功率Q；最后估算负载消耗风电机组输出有功功率P和无功功率Q的值，根据估算值预调节孤岛发生装置内的负载；
步骤3-2-2：并网开关CB1处于闭合状态下，闭合负载开关CB2，此时有IG＜IL，手动调节调节孤岛发生装置内的负载，直至其消耗的有功功率等于P，无功功率等于Q，并且流过并网开关CB1的IG小于额定电流的1％。
所述步骤3-3中，孤岛运行测试包括电能质量测试和负载不匹配测试；
1)电能质量测试；
1-1)负载匹配后，负载开关CB2处于闭合状态下，断开并网开关CB1；
1-2)记录并网开关CB1断开后风电机组的运行状态，若风电机组连续运行，则记录并网开关CB1断开后连续运行10min的数据；若风电机组停机，则风电机组不具备孤岛运行功能；
2)负载不匹配测试；
2-1)负载开关CB2处于闭合状态下，断开CB1，使风电机组处于孤岛运行状态；
2-2)在风电机组的三种运行模式下，逐渐调整负载值，使得负载消耗的有功功率按照1％额定功率递增或递减，无功功率保持不变，每次递增后持续运行1min后，记录风电机组输出电流下降并维持在额定电流的1％以下的时间，及对应的有功功率；
2-3)风电机组运行在最大容性无功模式或最大感性无功模式下时，逐渐调整负载值，使得负载消耗的无功功率按照1％额定功率递增或递减，有功功率保持不变，每次递增后持续运行1min后，记录风电机组输出电流下降并维持在额定电流的1％以下的时间，及对应的有功功率和无功功率；
2-4)有功、无功功率共同变化，负载消耗的有功功率和无功功率根据负载匹配的结果，分别按照有功功率和无功功率的±5％和±10％的偏差组合设定，其中符号表示功率的方向，正号表示功率从逆变器到电网。
所述步骤3-4中，风电机组防孤岛功能开启情况下，对风电机组的防孤岛功能进行测试；防孤岛功能测试包括负载匹配测试和负载不匹配测试；
1)负载匹配测试；
1-1)先进行负载匹配，使得负载消耗的有功功率及无功功率与风电机组输出的有功功率及无功功率之间匹配，此时风电机组孤岛功能关闭；
1-2)之后在负载开关处于闭合状态下，断开并网开关CB1；
1-3)记录并网开关CB1断开至风电机组输出电流下降并维持在额定电流的1％以下的时间；
2)负载不匹配测试；
2-1)先进行负载匹配，使得负载消耗的有功功率及无功功率与风电机组输出的有功功率及无功功率之间匹配，此时风电机组孤岛功能关闭；
2-2)逐渐调整负载值，使得负载消耗的有功功率可按照1％额定功率递增或递减，无功功率保持不变，断开并网开关CB1，记录并网开关CB1断开至风电机组输出电流下降并维持在额定电流的1％以下的时间；
2-3)逐渐调整负载值，使得负载消耗的无功功率可按照1％额定功率递增或递减，有功功率保持不变，断开并网开关CB1，记录并网开关CB1断开至风电机组输出电流下降并维持在额定电流的1％以下的时间；
2-4)记录风电机组输出电流下降并维持在额定电流的1％以下的时间。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)测试项目全面：风电机组孤岛测试方法，包含对风电机组孤岛运行能力及防孤岛能力的测试，在风电机组运行在不同状态下的各参数指标进行全面检测，可如实反映风电机组在实现孤岛运行及防孤岛能力。
(2)实现现场检测，测试点更接近并网点：整个测试过程均在实际并网运行的风电机组进行，测试点在风电机组箱变高压侧，更加接近风电场并网点或就地负荷，更加真实的反映风电机组孤岛能力。
附图说明
图1是本发明实施例中风电机组孤岛测试方法原理图；
图2是本发明实施例中风电机组孤岛测试采集点示意图；
图3是本发明实施例中并网开关CB1闭合、负载开关CB2断开情况下功率流向示意图；
图4是本发明实施例中并网开关CB1闭合、负载开关CB2闭合情况下功率流向示意图；
图5是本发明实施例中并网开关CB1断开、负载开关CB2闭合情况下功率流向示意图；
图6是本发明实施例中负载匹配后并网开关CB1断开，箱变高压侧网侧电压波形图；
图7是本发明实施例中孤岛功能测试，风电机组侧电压波形图；
图8是本发明实施例中孤岛功能测试，风电机组侧电流波形图；
图9是本发明实施例中防孤岛功能测试，风电机组侧电压波形图；
图10是本发明实施例中防孤岛功能测试，风电机组侧电流波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明提供一种风电机组孤岛测试方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：确定测试条件；
所述步骤1中，测试条件需要同时满足以下三个条件：
1)风电机组已并网运行1～3个月；
2)风电机组在脱网情况下，能够连接就地可变负载或孤岛发生装置；
4)孤岛测试选择在风电机组变压器高压侧进行。
步骤2：选择测量点；
所述步骤2中的测量点反应风电机组在整个孤岛测试期间的特性，测试点包括风电机组高压侧三相电流IMV、风电机组高压侧三相电压UMV_W、电网侧三相电压UMV_G、风电机组低压侧三相电流ILV、风电机组低压侧三相电压ULV、孤岛发生装置并网点三相电流IG、孤岛发生装置内部负载投入开关测三相电流IL、风速vwind、风电机组中发电机转速vGS和风电机组并网开关信号Switch。测试采集点示意图如附图2所示，采集点如表1所示。
表1
| IMV | 箱变高压侧三相电流 |
| UMV_W | 箱变高压侧风机侧三相电压 |
| UMV_G | 箱变高压侧电网侧三相电压 |
| ILV | 箱变低压侧三相电流 |
| ULV | 箱变低压侧三相电压 |
| IG | 孤岛装置并网点三相电流 |
| IL | 孤岛装置内部负载投入开关侧三相电流 |
| vwind | 风速 |
| vGS | 发电机转速 |
| Switch | 风电机组并网开关信号 |
步骤3：选取测试项目，并对风电机组进行孤岛测试。测试项目如表2所示。通过对测试风电机组进行一系列测试，考察风电机组是否具备孤岛运行功能，及在防孤岛运行下的脱网时间，功能测试如表3所示。
表2
表3
| 孤岛功能 | 风机运行模式 | 判断变量 |
| 孤岛功能开启 | 风电机组是否孤岛运行 | 箱变高压侧电流，并网开关信号 |
| 孤岛功能关闭 | 风电机组是否与负载断开 | 箱变高压侧电流，并网开关信号 |
所述步骤3中，根据风电机组不同的运行模式及输出有功功率的情况下，对风电机组进行孤岛功能开启测试和孤岛功能关闭测试。测试在风电机组箱变高压侧进行。为保证功率输出恒定，测试期间风电机组实际输出功率应至少达到额定功率的90％，测试期间风电机组限功率至测试范围内，若无特殊说明，表2中的3种风电机组运行模式需分别进行。
风电机组的运行模式包括零无功模式、最大感性无功模式和最大容性无功模式；在以上三种运行模式下，风电机组输出的有功功率均为50％额定输出功率和10％额定输出功率。
所述步骤3具体包括以下步骤：
步骤3-1：风电机组孤岛测试原理图如附图1所示。将孤岛发生装置连接于风电机组出口变压器和风电场升压变压器之间，通过调节孤岛发生装置的有功消耗及无功吸收或发送情况，使得被测风电机组与孤岛发生装置之间达到一个功率平衡，此时断开孤岛发生装置内的开关并网开关CB1(如附图3所示)，此时风电机组将处于孤岛状态，通过检测风电机组并网点三相电流、三相电压及风电机组并网开关状态信号，即可检测被测风电机组的孤岛运行能力及防孤岛能力。
孤岛发生装置包括智能负载、可调节变压器、并网开关CB1、负载开关CB2、就地监控平台和远程监控系统；风电机组出口变压器高压侧通过并网开关CB1连接电网，并依次通过负载开关CB2和可调式变压器连接智能负载，所述就地监控平台对孤岛测试装置进行就地监控，并将采集到的数据可实时传入远程监控系统。
步骤3-2：进行负载匹配；
所述步骤3-2中的负载匹配为负载消耗的有功功率及无功功率与风电机组输出的有功功率及无功功率之间的匹配，此时风电机组为任意状态，具体包括以下步骤：
步骤3-2-1：先使并网开关CB1处于闭合状态，负载开关GB2处于断开状态，此时的功率流向图如图3所示；再通过限功率调节风电机组输出有功功率，使风电机组输出的有功功率P等于测试需要的功率，同时测量风电机组输出的无功功率Q；最后估算负载消耗风电机组输出有功功率P和无功功率Q的值，根据估算值预调节孤岛发生装置内的负载；
步骤3-2-2：并网开关CB1处于闭合状态下，闭合负载开关CB2，此时的功率流向图如图4所示，此时有IG＜IL，手动调节调节孤岛发生装置内的负载，直至其消耗的有功功率等于P，无功功率等于Q，并且流过并网开关CB1的IG小于额定电流的1％。
步骤3-3：进行孤岛运行测试；
所述步骤3-3中，孤岛运行测试包括电能质量测试和负载不匹配测试；
1)电能质量测试；
1-1)负载匹配后，负载开关CB2处于闭合状态下，断开并网开关CB1；
1-2)记录并网开关CB1断开后风电机组的运行状态，若风电机组连续运行，则记录并网开关CB1断开后连续运行10min的数据；若风电机组停机，则风电机组不具备孤岛运行功能；孤岛功能测试如表4：
表4
| 运行状态 | CB1断开前 | CB1断开后 |
| 是否仍连续运行 | 是/否 | 是/否 |
| 电压变化情况——电压不平衡度 | 10min平均值 | 10min平均值 |
| 电流变化情况——电流谐波畸变率 | 10min平均值 | 10min平均值 |
| 有功功率变化情况 | 运行曲线 | 运行曲线 |
| 无功功率变化情况 | 运行曲线 | 运行曲线 |
2)负载不匹配测试；
2-1)负载开关CB2处于闭合状态下，断开CB1，使风电机组处于孤岛运行状态；此时的功率流向图如图5所示；
2-2)在风电机组的三种运行模式下，逐渐调整负载值，使得负载消耗的有功功率按照1％额定功率递增或递减(递减时直至风电机组停机)，无功功率保持不变，每次递增后持续运行1min后，记录风电机组输出电流下降并维持在额定电流的1％以下的时间，及对应的有功功率；
2-3)风电机组运行在最大容性无功模式或最大感性无功模式下时，逐渐调整负载值，使得负载消耗的无功功率按照1％额定功率递增或递减(递减时直至风电机组停机)，有功功率保持不变，每次递增后持续运行1min后，记录风电机组输出电流下降并维持在额定电流的1％以下的时间，及对应的有功功率和无功功率；
2-4)有功、无功功率共同变化，依照表5进行，负载消耗的有功功率和无功功率根据负载匹配的结果，分别按照有功功率和无功功率的±5％和±10％的偏差组合设定，其中符号表示无功功率的方向，正号表示功率从逆变器到电网。表中的参数表示与额定值偏差的百分比，前者为负载消耗的有功功率，后者为负载消耗的无功功率；
表5
| -10％，+5％ | -5％，+5％ | 0，+5％ | +5％，+5％ | +10％，+5％ |
| -10％，0 | -5％，0 | 0,0 | +5％，0 | +10,0 |
| -10％，-5％ | -5％，-5％ | 0，-5％ | +5％，-5％ | +10％，-5％ |
步骤3-4：进行防孤岛功能测试；
所述步骤3-4中，风电机组防孤岛功能开启情况下，对风电机组的防孤岛功能进行测试；防孤岛功能测试包括负载匹配测试和负载不匹配测试；
1)负载匹配测试；
1-1)先进行负载匹配，使得负载消耗的有功功率及无功功率与风电机组输出的有功功率及无功功率之间匹配，此时风电机组孤岛功能关闭；
1-2)之后在负载开关处于闭合状态下，断开并网开关CB1；
1-3)记录并网开关CB1断开至风电机组输出电流下降并维持在额定电流的1％以下的时间；
2)负载不匹配测试；
2-1)先进行负载匹配，使得负载消耗的有功功率及无功功率与风电机组输出的有功功率及无功功率之间匹配，此时风电机组孤岛功能关闭；
2-2)逐渐调整负载值，使得负载消耗的有功功率可按照1％额定功率递增或递减，无功功率保持不变，断开并网开关CB1，记录并网开关CB1断开至风电机组输出电流下降并维持在额定电流的1％以下的时间；表2中的三种风机运行模式下都需进行；
2-3)逐渐调整负载值，使得负载消耗的无功功率可按照1％额定功率递增或递减，有功功率保持不变，断开并网开关CB1，记录并网开关CB1断开至风电机组输出电流下降并维持在额定电流的1％以下的时间；表2中的风机运行在最大容性(感性)无功模式下都需进行。表2中的风机运行在最大容性(感性)无功模式下都需进行。
2-4)记录风电机组输出电流下降并维持在额定电流的1％以下的时间。
实施例
测试时断开风电机组升压变压器高压侧接线，将孤岛发生装置串联接入风电机组与接入电网之间，测试接线图如附图1所示。按照以上内容进行测试。
根据该测试方法，对风电机组进行孤岛测试，测试设备接入35kV中压电网，测试结果如附图6-10所示。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种风电机组孤岛测试方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤1：确定测试条件；
步骤2：选择测量点；
步骤3：选取测试项目，并对风电机组进行孤岛测试。
2.根据权利要求1所述的风电机组孤岛测试方法，其特征在于：所述步骤1中，测试条件需要同时满足以下三个条件：
1)风电机组已并网运行1～3个月；
2)风电机组在脱网情况下，能够连接就地可变负载或孤岛发生装置；
3)孤岛测试选择在风电机组变压器高压侧进行。
3.根据权利要求1所述的风电机组孤岛测试方法，其特征在于：所述步骤2中的测量点反应风电机组在整个孤岛测试期间的特性，测试点包括风电机组高压侧三相电流IMV、风电机组高压侧三相电压UMV_W、电网侧三相电压UMV_G、风电机组低压侧三相电流ILV、风电机组低压侧三相电压ULV、孤岛发生装置并网点三相电流IG、孤岛发生装置内部负载投入开关测三相电流IL、风速vwind、风电机组中发电机转速vGS和风电机组并网开关信号Switch。
4.根据权利要求1所述的风电机组孤岛测试方法，其特征在于：所述步骤3中，根据风电机组不同的运行模式及输出有功功率的情况下，对风电机组进行孤岛功能开启测试和孤岛功能关闭测试。
5.根据权利要求4所述的风电机组孤岛测试方法，其特征在于：风电机组的运行模式包括零无功模式、最大感性无功模式和最大容性无功模式；在以上三种运行模式下，风电机组输出的有功功率均为50％额定输出功率和10％额定输出功率。
6.根据权利要求4所述的风电机组孤岛测试方法，其特征在于：所述步骤3具体包括以下步骤：
步骤3-1：将孤岛发生装置连接于风电机组出口变压器和风电场升压变压器之间；
步骤3-2：进行负载匹配；
步骤3-3：进行孤岛运行测试；
步骤3-4：进行防孤岛功能测试。
7.根据权利要求6所述的风电机组孤岛测试方法，其特征在于：所述步骤3-1中，孤岛发生装置包括智能负载、可调节变压器、并网开关CB1、负载开关CB2、就地监控平台和远程监控系统；风电机组出口变压器高压侧通过并网开关CB1连接电网，并依次通过负载开关CB2和可调式变压器连接智能负载，所述就地监控平台对孤岛测试装置进行就地监控，并将采集到的数据可实时传入远程监控系统。
8.根据权利要求7所述的风电机组孤岛测试方法，其特征在于：所述步骤3-2中的负载匹配为负载消耗的有功功率及无功功率与风电机组输出的有功功率及无功功率之间的匹配，此时风电机组为任意状态，具体包括以下步骤：
步骤3-2-1：先使并网开关CB1处于闭合状态，负载开关GB2处于断开状态；再通过限功率调节风电机组输出有功功率，使风电机组输出的有功功率P等于测试需要的功率，同时测量风电机组输出的无功功率Q；最后估算负载消耗风电机组输出有功功率P和无功功率Q的值，根据估算值预调节孤岛发生装置内的负载；
步骤3-2-2：并网开关CB1处于闭合状态下，闭合负载开关CB2，此时有IG＜IL，手动调节调节孤岛发生装置内的负载，直至其消耗的有功功率等于P，无功功率等于Q，并且流过并网开关CB1的IG小于额定电流的1％。
9.根据权利要求7所述的风电机组孤岛测试方法，其特征在于：所述步骤3-3中，孤岛运行测试包括电能质量测试和负载不匹配测试；
1)电能质量测试；
1-1)负载匹配后，负载开关CB2处于闭合状态下，断开并网开关CB1；
1-2)记录并网开关CB1断开后风电机组的运行状态，若风电机组连续运行，则记录并网开关CB1断开后连续运行10min的数据；若风电机组停机，则风电机组不具备孤岛运行功能；
2)负载不匹配测试；
2-1)负载开关CB2处于闭合状态下，断开CB1，使风电机组处于孤岛运行状态；
2-2)在风电机组的三种运行模式下，逐渐调整负载值，使得负载消耗的有功功率按照1％额定功率递增或递减，无功功率保持不变，每次递增后持续运行1min后，记录风电机组输出电流下降并维持在额定电流的1％以下的时间，及对应的有功功率；
2-3)风电机组运行在最大容性无功模式或最大感性无功模式下时，逐渐调整负载值，使得负载消耗的无功功率按照1％额定功率递增或递减，有功功率保持不变，每次递增后持续运行1min后，记录风电机组输出电流下降并维持在额定电流的1％以下的时间，及对应的有功功率和无功功率；
2-4)有功、无功功率共同变化，负载消耗的有功功率和无功功率根据负载匹配的结果，分别按照有功功率和无功功率的±5％和±10％的偏差组合设定，其中符号表示功率的方向，正号表示功率从逆变器到电网。
10.根据权利要求7所述的风电机组孤岛测试方法，其特征在于：所述步骤3-4中，风电机组防孤岛功能开启情况下，对风电机组的防孤岛功能进行测试；防孤岛功能测试包括负载匹配测试和负载不匹配测试；
1)负载匹配测试；
1-1)先进行负载匹配，使得负载消耗的有功功率及无功功率与风电机组输出的有功功率及无功功率之间匹配，此时风电机组孤岛功能关闭；
1-2)之后在负载开关处于闭合状态下，断开并网开关CB1；
1-3)记录并网开关CB1断开至风电机组输出电流下降并维持在额定电流的1％以下的时间；
2)负载不匹配测试；
2-1)先进行负载匹配，使得负载消耗的有功功率及无功功率与风电机组输出的有功功率及无功功率之间匹配，此时风电机组孤岛功能关闭；
2-2)逐渐调整负载值，使得负载消耗的有功功率可按照1％额定功率递增或递减，无功功率保持不变，断开并网开关CB1，记录并网开关CB1断开至风电机组输出电流下降并维持在额定电流的1％以下的时间；
2-3)逐渐调整负载值，使得负载消耗的无功功率可按照1％额定功率递增或递减，有功功率保持不变，断开并网开关CB1，记录并网开关CB1断开至风电机组输出电流下降并维持在额定电流的1％以下的时间；
2-4)记录风电机组输出电流下降并维持在额定电流的1％以下的时间。
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