IEC 61400-21:2001

NORME CEI
INTERNATIONALE
61400-21
Première édition
2001-12
Aérogénérateurs –
Partie 21:
Mesurage et évaluation des caractéristiques de
qualité de puissance des éoliennes connectées
au réseau
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NORME CEI
INTERNATIONALE
61400-21
Première édition
2001-12
Aérogénérateurs –
Partie 21:
Mesurage et évaluation des caractéristiques de
qualité de puissance des éoliennes connectées
au réseau
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− 2 − 61400-21  CEI:2001
SOMMAIRE
AVANT-PROPOS .6

INTRODUCTION.8

1 Domaine d'application.10

2 Références normatives .12

3 Définitions .12

4 Symboles et unités .20

5 Abréviations.22

6 Paramètres caractéristiques de qualité de puissance de l'éolienne .24
6.1 Généralités.24
6.2 Données assignées .24
6.3 Puissance autorisée maximale.24
6.4 Puissance mesurée maximale.24
6.5 Puissance réactive .24
6.6 Fluctuations de tension.24
6.7 Harmoniques .26
7 Procédures de mesurage .28
7.1 Généralités.28
7.2 Données assignées .34
7.3 Puissance autorisée maximale.34
7.4 Puissance mesurée maximale.34
7.5 Puissance réactive .34
7.6 Fluctuations de tension.36
7.7 Harmoniques .46
8 Évaluation de la qualité de puissance.48
8.1 Généralités.48
8.2 Tension en régime établi.50
8.3 Fluctuations de tension.50
8.4 Harmoniques .56
Annexe A (informative) Modèle de format de rapport .58

Annexe B (informative) Fluctuations et papillotement de tension .68
Bibliographie .84
Figure 1 – Eléments constitutifs du système de mesurage .32
Figure 2 – Réseau fictif pour la simulation d'une tension fictive.36
Figure B.1 – Procédures de mesurage et d'évaluation du papillotement
pendant le fonctionnement continu de l'éolienne .68
Figure B.2 – Procédures de mesurage et d'évaluation des variations de tension
et du papillotement pendant les opérations de commutation de l'éolienne .70
Figure B.3 – Coefficients de papillotement c(ψ ) en fonction de la vitesse du vent.72
k
− 4 − 61400-21  CEI:2001
Tableau 1 – Spécifications des prescriptions pour les appareils de mesurage .32

Tableau 2 – Spécifications des exposants suivant la CEI 61000-3-6 .56

Tableau B.1 – Nombre de mesures N et fréquence d'occurrence de f et f pour
m,i m,i y,i
chaque tranche de vitesses de vent, de la vitesse de démarrage jusqu'à 15 m/s. .74

Tableau B.2 – Facteur de pondération w pour chaque tranche de vitesses de vent. .74
i
Tableau B.3 – Somme totale des facteurs de pondération multipliée par le nombre de

mesures pour toutes les tranches de vitesses de vent .76

Tableau B.4 – Distribution cumulée pondérée des coefficients de papillotement Pr(c pour chaque distribution de vitesses de vent.76

Tableau B.5 – Coefficients de papillotement résultants en fonctionnement continu.78
Tableau B.6 – Probabilités et centiles pour différentes vitesses du vent. .78

− 6 − 61400-21  CEI:2001
COMMISSION ÉLECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE

___________
AÉROGÉNÉRATEURS –
Partie 21: Mesurage et évaluation des caractéristiques de qualité

de puissance des éoliennes connectées au réseau

AVANT-PROPOS
1) La CEI (Commission Électrotechnique Internationale) est une organisation mondiale de normalisation composée
de l'ensemble des comités électrotechniques nationaux (Comités nationaux de la CEI). La CEI a pour objet de
favoriser la coopération internationale pour toutes les questions de normalisation dans les domaines de
l'électricité et de l'électronique. A cet effet, la CEI, entre autres activités, publie des Normes internationales.
Leur élaboration est confiée à des comités d'études, aux travaux desquels tout Comité national intéressé par le
sujet traité peut participer. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en
liaison avec la CEI, participent également aux travaux. La CEI collabore étroitement avec l'Organisation
Internationale de Normalisation (ISO), selon des conditions fixées par accord entre les deux organisations.
2) Les décisions ou accords officiels de la CEI concernant les questions techniques représentent, dans la mesure
du possible, un accord international sur les sujets étudiés, étant donné que les Comités nationaux intéressés
sont représentés dans chaque comité d’études.
3) Les documents produits se présentent sous la forme de recommandations internationales. Ils sont publiés
comme normes, spécifications techniques, rapports techniques ou guides et agréés comme tels par les Comités
nationaux.
4) Dans le but d'encourager l'unification internationale, les Comités nationaux de la CEI s'engagent à appliquer de
façon transparente, dans toute la mesure possible, les Normes internationales de la CEI dans leurs normes
nationales et régionales. Toute divergence entre la norme de la CEI et la norme nationale ou régionale
correspondante doit être indiquée en termes clairs dans cette dernière.
5) La CEI n’a fixé aucune procédure concernant le marquage comme indication d’approbation et sa responsabilité
n’est pas engagée quand un matériel est déclaré conforme à l’une de ses normes.
6) L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments de la présente Norme internationale peuvent faire
l’objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. La CEI ne saurait être tenue pour
responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et de ne pas avoir signalé leur existence.
La Norme internationale CEI 61400-21 a été établie par le comité d’études 88 de la CEI:
Systèmes à turbines éoliennes.
Le texte de cette norme est issu des documents suivants:
FDIS Rapport de vote
88/144/FDIS 88/150/RVD
Le rapport de vote indiqué dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote ayant
abouti à l’approbation de cette norme.
Cette publication a été rédigée selon les Directives ISO/CEI, Partie 3.
Les annexes A et B sont données uniquement à titre d’ information.
Le comité a décidé que le contenu de cette publication ne sera pas modifié avant 2005. A
cette date, la publication sera
• reconduite;
• supprimée;
• remplacée par une édition révisée, ou
• amendée.
− 8 − 61400-21  CEI:2001
INTRODUCTION
Le but de la présente partie de la CEI 61400 est de fournir une méthodologie uniforme qui

assurera la cohérence et la précision dans le mesurage et l'évaluation des caractéristiques de

qualité de puissance des aérogénérateurs (en anglais: Wind Turbine Generator Systems ou

WTGS) connectés au réseau. À cet égard, le terme «qualité de puissance» inclut les

caractéristiques électriques de l'aérogénérateur qui influent sur la qualité de la tension du

réseau auquel l'aérogénérateur est connecté. Cette norme a été préparée avec la perspective

de son application par:
• le fabricant d'aérogénérateurs, s'efforçant de satisfaire à des caractéristiques bien définies
de qualité de puissance;
• l'acheteur d'aérogénérateurs en spécifiant de telles caractéristiques de qualité de
puissance;
• l'opérateur d'aérogénérateurs à qui il peut être prescrit de vérifier ce qui est stipulé ou que
les caractéristiques de qualité de puissance sont satisfaites;
• le planificateur ou le régulateur de l'aérogénérateur, qui doit pouvoir déterminer,
précisément et honnêtement, l'impact d'un aérogénérateur sur la qualité de la tension, pour
s'assurer que l'installation est conçue de telle sorte que des prescriptions de qualité de
tension soient respectées;
• l'autorité de certification de l'aérogénérateur ou l'organisme d'essai de composants, en
évaluant les caractéristiques de qualité de puissance du type d'éolienne;
• le planificateur ou le régulateur du réseau électrique, qui doit pouvoir déterminer le
raccordement au réseau requis pour un aérogénérateur.
Cette norme fournit des recommandations pour préparer le mesurage et l'évaluation des
caractéristiques de qualité de puissance des aérogénérateurs connectés au réseau. La norme
sera utile pour les acteurs concernés par la fabrication, la planification des installations,
l'obtention des autorisations, l'exploitation, l'utilisation, les essais et la réglementation des
aérogénérateurs. Il convient que les techniques de mesurage et d'analyse, recommandées
dans cette norme, soient appliquées par tous les acteurs, pour s'assurer que le développement
et l'exploitation continus des aérogénérateurs s'effectuent dans un climat de communication
cohérent et précis.
Cette norme présente des procédures de mesurage et d'analyse prévues pour fournir des
résultats cohérents qui pourront être reproduits par d'autres.

− 10 − 61400-21  CEI:2001
AÉROGÉNÉRATEURS –
Partie 21: Mesurage et évaluation des caractéristiques de qualité

de puissance des éoliennes connectées au réseau

1 Domaine d'application
Cette partie de la CEI 61400 comprend:
• la définition et la spécification des quantités à déterminer pour caractériser la qualité de
puissance d'une éolienne connectée à un réseau;
• les procédures de mesurage pour quantifier les caractéristiques;
• les procédures pour évaluer la conformité aux prescriptions de qualité de puissance, y
compris l'estimation de la qualité de puissance attendue d'un type d'éolienne, une fois
déployée sur un site spécifique, éventuellement en groupes.
Les procédures de mesurage sont valides pour des éoliennes individuelles avec un
raccordement triphasé au réseau, et tant que l'éolienne n'est pas exploitée avec une
commande active de fréquence ou de tension à un emplacement quelconque du réseau. Les
procédures de mesurage sont valides pour n'importe quelle taille d'éolienne; toutefois, cette
norme prescrit uniquement des types d'éoliennes prévues pour un point de couplage commun
au système MT ou HT, qui sont donc à essayer et à caractériser comme cela est spécifié dans
cette norme.
Les caractéristiques mesurées sont uniquement valides pour la configuration spécifique de
l'éolienne évaluée. D'autres configurations, y compris des paramètres de commande modifiés
qui font que l'éolienne se comporte différemment eu égard à la qualité de puissance,
nécessitent une autre évaluation.
Les procédures de mesurage sont conçues pour être aussi indépendantes du site que
possible, de sorte que des caractéristiques de qualité de puissance, mesurées par exemple sur
un site d'essai, puissent être considérées comme valides également sur d'autres sites.
Les procédures pour évaluer la conformité aux prescriptions de qualité de puissance sont
valides pour des éoliennes avec le point de couplage commun au système MT ou HT, dans des
réseaux d'énergie électrique à fréquence fixe à ±1 Hz et avec des possibilités de régulation
suffisantes de puissance active et réactive, et une charge suffisante pour absorber la
production énergétique de l'éolienne. Dans les autres cas, les principes pour évaluer la

conformité aux prescriptions de qualité de puissance peuvent toujours être utilisés comme
guide.
NOTE 1 Cette norme emploie les termes suivants pour désigner la tension du système:
– basse tension (BT) s'applique à U ≤ 1 kV;
n
– moyenne tension (MT) s'applique à 1 kV < U ≤ 35 kV;
n
– haute tension (HT) s'applique à U
> 35 kV.
n
NOTE 2 La question des interharmoniques n'est pas évoquée dans cette norme, cependant elle est à l'étude en
attendant des procédures de mesurage et d'évaluation appropriées, qui sont à établir par le comité concerné de la
CEI.
− 12 − 61400-21  CEI:2001
2 Références normatives
Les documents normatifs suivants contiennent des dispositions qui, par suite de la référence

qui y est faite, constituent des dispositions valables pour la présente partie de la CEI 61400.

Pour les références datées, les amendements ultérieurs ou les révisions de ces publications ne

s’appliquent pas. Toutefois, les parties prenantes aux accords fondés sur la présente partie de

la CEI 61400 sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer les éditions les plus récentes

des documents normatifs indiqués ci-après. Pour les références non datées, la dernière édition
du document normatif en référence s’applique. Les membres de la CEI et de l'ISO possèdent
le registre des Normes internationales en vigueur.

CEI 60034-1, Machines électriques tournantes – Partie 1: Caractéristiques assignées et
caractéristiques de fonctionnement
CEI 60044-1, Transformateurs de mesure – Partie 1: Transformateurs de courant
CEI 60050(161), Vocabulaire Electrotechnique International (VEI) – Chapitre 161: Compatibilité
électromagnétique
CEI 60050(393), Vocabulaire Electrotechnique International (VEI) – Chapitre 393: Instru-
mentation nucléaire: Phénomènes physiques et notions fondamentales
CEI 60050(415), Vocabulaire Electrotechnique International (VEI) – Chapitre 415: Aéro-
générateurs
CEI 60186, Transformateurs de tension
Amendement 1 (1988)
Amendement 2 (1995)
CEI 60688, Transducteurs électriques de mesure convertissant les grandeurs électriques
alternatives en signaux analogiques ou numériques
CEI 61000-4-7, Compatibilité électromagnétique (CEM) – Partie 4: Techniques d'essai et de
mesure- Section 7: Guide général relatif aux mesures d'harmoniques et d'interharmoniques,
ainsi qu'à l'appareillage de mesure, applicable aux réseaux d'alimentation et aux appareils qui
y sont raccordés
CEI 61000-4-15, Compatibilité électromagnétique (CEM) – Partie 4: Techniques d'essai et de
mesure- Section 15: Flickermètre – Spécifications fonctionnelles et de conception

CEI 61800-3, Entraînements électriques de puissance à vitesse variable – Partie 3: Norme de
produit relative à la CEM incluant des méthodes d’essais spécifiques
3 Définitions
Pour les besoins de la présente partie de la CEI 61400, les définitions suivantes s'appliquent:
3.1
fonctionnement continu
fonctionnement normal de l'éolienne à l'exclusion des opérations de démarrage et de coupure
3.2
vitesse de démarrage
vitesse du vent la plus basse à la hauteur du moyeu à partir de laquelle l'éolienne commence à
fournir une puissance
[VEI 415-03-05]
− 14 − 61400-21  CEI:2001
3.3
coefficient de papillotement en fonctionnement continu

mesure normalisée de l'émission de papillotement pendant le fonctionnement continu de

l'éolienne
S
k,fic
c()ψ = P ⋅
k st,fic
S
n
où
P est l’émission de papillotement de l’éolienne sur le réseau fictif;
st,fic
S est la puissance apparente assignée de l’éolienne;
n
S est la puissance apparente de court-circuit du réseau fictif.
k,fic
NOTE Le coefficient de papillotement en fonctionnement continu est le même pour une période à court terme
(10 min) et à long terme (2 h).
3.4
facteur de papillotement sur un échelon
mesure normalisée de l'émission de papillotement due à une opération de commutation unique
de l'éolienne
S
k,fic
0,31
k (ψ ) = ⋅ ⋅ P ⋅ T
f k st,fic p
130 S
n
où
T est la période de mesure qui doit être suffisamment longue pour assurer que la
p
transition de l’opération de commutation a diminué, mais doit être limitée afin d’éviter
des fluctuations possibles de la puissance dues à la turbulence;
P est l’émission de papillotement de l’éolienne sur le réseau fictif;
st,fic
S est la puissance apparente assignée de l’éolienne;
n
S est la puissance apparente de court-circuit du réseau fictif.
k,fic
3.5
puissance autorisée maximale (d'un aérogénérateur)
la puissance intégrée sur 10 min, qui ne doit pas être dépassée, quelles que soient les
conditions météorologiques et celles du réseau
3.6
puissance mesurée maximale
la puissance mesurée maximale (avec un temps d'intégration spécifié) observée pendant le
fonctionnement continu de l'éolienne

3.7
angle de phase de l'impédance du réseau
angle de phase de l'impédance de court-circuit du réseau:
ψ = arctan (X R )
k k
k
où
X est la réactance de court-circuit du réseau,
k
R est la résistance de court-circuit du réseau.
k
3.8
fonctionnement normal
fonctionnement exempt de défaillance conforme à la description du manuel de l'aérogénérateur
[VEI 393-08-12, modifiée]
− 16 − 61400-21  CEI:2001
3.9
puissance de sortie (d'un aérogénérateur)

puissance électrique active fournie par l'aérogénérateur sur les bornes de l'éolienne

[VEI 415-04-02, modifiée]
3.10
point de couplage commun (PCC)

le point sur un réseau électrique, électriquement le plus proche d'une installation particulière,

et auquel d'autres installations sont, ou peuvent être, connectées.

NOTE 1 Ces installations peuvent être soit des dispositifs, des équipements ou des systèmes.

NOTE 2 Dans certaines applications, le terme «point de couplage commun» est réservé aux réseaux publics.
[VEI 161-07-15, modifiée]
3.11
système de collecte de puissance (d'un aérogénérateur)
système électrique qui récupère l'énergie produite par une éolienne et la fournit à un réseau
d'alimentation électrique
[VEI 415-04-06, modifiée]
3.12
puissance apparente assignée (d'un aérogénérateur)
la puissance apparente de l'aérogénérateur fonctionnant à la puissance assignée et à la
tension nominale et à la fréquence nominale:
2 2
S = P + Q
n n n
où
P est la puissance assignée;
n
Q est la puissance réactive correspondante.
n
3.13
courant assigné (d'un aérogénérateur)
le courant de l'aérogénérateur fonctionnant à la puissance assignée et à la tension nominale et
à la fréquence nominale
3.14
puissance assignée (d'un aérogénérateur)
puissance électrique maximale pour laquelle un aérogénérateur est conçu, et qu'il peut fournir
en permanence, dans des conditions normales de fonctionnement

[VEI 415-04-03, modifiée]
3.15
vitesse du vent assignée (d'un aérogénérateur)
vitesse du vent pour laquelle une éolienne atteint sa puissance assignée
[VEI 415-03-04, modifiée]
3.16
puissance réactive assignée (d'un aérogénérateur)
la puissance réactive de l'aérogénérateur fonctionnant à la puissance assignée et à la tension
nominale et à la fréquence nominale

− 18 − 61400-21  CEI:2001
3.17
arrêt
état d'un aérogénérateur immobilisé

[VEI 415-01-15]
3.18
démarrage (d'un aérogénérateur)

état transitoire d'une éolienne entre l'arrêt et la production de puissance

3.19
opération de commutation (d'un aérogénérateur)
démarrage ou commutation entre générateurs
3.20
intensité de turbulence
écart type de la vitesse du vent divisé par la vitesse moyenne du vent, quand l'écart type et la
vitesse moyenne ont été déterminés à partir d'un même échantillonnage de vitesses de vent,
pris sur un intervalle de temps spécifié
[VEI 415-03-25]
3.21
facteur de variations de tension
mesure normalisée du changement de tension dû à une opération de commutation de
l'éolienne
U − U S
fic,max fic,min k,fic
k (ψ ) = 3 ⋅ ⋅
u k
U S
n n
où
U et U sont les valeurs efficaces sur une période, minimale et maximale de la
fic,min fic,max
tension phase-neutre sur le réseau fictif pendant l’opération de commutation;
U est la tension nominale entre phases;
n
S est la puissance apparente assignée de l’éolienne;
n
S est la puissance apparente de court-circuit du réseau fictif.
k,fic
NOTE Le facteur de variations de tension k est semblable à k , qui est le rapport entre l'appel de courant maximal
u i
et le courant assigné, bien que k soit une fonction de l'angle de phase de l'impédance du réseau. La valeur la plus
u
élevée de k sera numériquement proche de k .
u i
3.22
aérogénérateur
système destiné à convertir l'énergie cinétique du vent en énergie électrique
NOTE Dans cette norme un «aérogénérateur» est également dénommé «éolienne».
[VEI 415-01-02]
3.23
bornes de l'aérogénérateur
point faisant partie de l'aérogénérateur et identifié par le fournisseur comme point auquel
l'aérogénérateur peut être connecté au système de collecte de puissance

− 20 − 61400-21  CEI:2001
4 Symboles et unités
Les symboles et unités suivants sont utilisés dans cette norme.

ΔU
dyn
variations de tension autorisées maximales (%)
U
n
angle de phase de l'impédance du réseau (degrés)
ψ
k
angle électrique de la fondamentale de la tension mesurée (degrés)
α (t)
m
exposant associé à l'addition des harmoniques
β
coefficient de papillotement en fonctionnement continu
c(ψ )
k
D changement de tension relatif (%)
E limite d'émission de papillotement à long terme
plti
E limite d'émission de papillotement à court terme
psti
f fréquence fondamentale du réseau (Hz)
g
ème
f fréquence d'occurrence des valeurs de coefficient de papillotement dans la i
m,i
tranche de vitesse de vent
ème
f fréquence d'occurrence des vitesses de vent dans la i tranche de vitesse de
y,i
vent
h ordre harmonique
ème
I distorsion harmonique de courant d'ordre h de la i éolienne (A)
h,I
courant instantané mesuré (A)
i (t)
m
I courant assigné (A)
n
facteur de papillotement sur un échelon
k (ψ )
f k
k rapport du courant d'appel maximal au courant assigné
i
facteur de variations de tension
k (ψ )
u k
inductance du réseau fictif (H)
L
fic
N nombre maximal d'un type d'opération de commutation au cours d'une période de
10 min
N Nombre maximal d'un type d'opération de commutation au cours d'une période de
120 min
N nombre total de tranches de vitesse de vent entre v et 15 m/s
bin cut-in
ème
n rapport du transformateur à la i éolienne
i
N nombre total de valeurs de coefficient de papillotement mesurées
m
ème
N nombre de valeurs de coefficient de papillotement mesurées dans la i tranche
m,i
de vitesse de vent
ème
N nombre de valeurs de coefficient de papillotement inférieures à x dans la i
m,i,c tranche de vitesse de vent
N nombre d'éoliennes
wt
P Puissance mesurée maximale (valeur moyenne sur 0,2 s) (W)
0,2
P Puissance mesurée maximale (valeur moyenne sur 60 s) (W)
P facteur de perturbation par papillotement à long terme
lt
P Puissance autorisée maximale (W)
mc
− 22 − 61400-21  CEI:2001
P Puissance assignée d'une éolienne (W)

n
Pr(c
P facteur de perturbation par papillotement à court terme
st
P facteur de perturbation par papillotement à court terme sur le réseau fictif
st,fic
Q puissance réactive (valeur moyenne sur 0,2 s) à P (var)
0,2 0,2
Q puissance réactive (valeur moyenne sur 60 s) à P (var)

60 60
Q puissance réactive à P (var)
mc mc
Q puissance réactive assignée d'une éolienne (var)
n
R résistance du réseau fictif (ohm)
fic
S puissance apparente (valeur moyenne sur 0,2 s) à P (VA)
0,2 0,2
S puissance apparente (valeur moyenne sur 60 s) à P (VA)
60 60
S
k puissance apparente de court-circuit de réseau (VA)
S puissance apparente de court-circuit du réseau fictif (VA)
k,fic
S puissance apparente à P (VA)
mc mc
S puissance apparente assignée d'une éolienne (VA)
n
T période de temps transitoire d'une opération de commutation (s)
p
u (t) tension phase-neutre instantanée d'une source de tension idéale (V)
u (t) tension phase-neutre instantanée simulée sur le réseau fictif (V)
fic
U tension phase-neutre maximale sur le réseau fictif (V)
fic,max
U tension phase-neutre minimale sur le réseau fictif (V)
fic,min
U tension nominale entre phases (V)
n
v moyenne annuelle des vitesses de vent (m/s)
a
v vitesse de démarrage (m/s)
cut-in
ème
v point médian de la i tranche de vitesse de vent
i
ème
w coefficient de pondération pour la i tranche de vitesse de vent
i
X
réactance du réseau fictif (Ω)
fic
5 Abréviations
Les abréviations suivantes sont utilisées dans cette norme.
CAN convertisseur analogique/numérique
HT haute tension
BT basse tension
MT moyenne tension
PCC point de couplage commun
WTGS aérogénérateurs (wind turbine generator system)

− 24 − 61400-21  CEI:2001
6 Paramètres caractéristiques de qualité de puissance de l'éolienne

6.1 Généralités
Cet article donne les grandeurs qui doivent être stipulées pour caractériser la qualité de

puissance d'une éolienne. Un modèle de format de rapport est donné à l'annexe A.

La convention de signe du générateur doit être utilisée, c'est-à-dire que la direction positive du

flux de puissance est supposée être de l'éolienne vers le réseau.

6.2 Données assignées
Les données assignées de l'éolienne doivent être spécifiées, y compris P , Q , S , U et I .
n n n n n
NOTE Les données assignées sont utilisées dans cette norme uniquement dans un but de normalisation.
6.3 Puissance autorisée maximale
La puissance autorisée maximale, P , de l'éolienne (autorisée par le système de commande)
mc
doit être spécifiée.
6.4 Puissance mesurée maximale
La puissance mesurée maximale de l'éolienne doit être spécifiée, à la fois comme valeur
moyenne sur 60 s, P et comme valeur moyenne sur 0,2 s, P .
60, 0,2
6.5 Puissance réactive
La puissance réactive de l'éolienne doit être spécifiée dans un tableau comme valeurs
intégrées sur 10 min en fonction de la puissance de sortie intégrée sur 10 min pour 0, 10, .
90, 100 % de la puissance assignée. Les puissances réactives à P , P et P doivent aussi
mc 60 0,2
être spécifiées.
6.6 Fluctuations de tension
Les fluctuations de tension (papillotement et changements de tension) imposées par l'éolienne
doivent être caractérisées comme décrit en 6.6.1 et 6.6.2.
6.6.1 Fonctionnement continu
Le coefficient de papillotement de l'éolienne en fonctionnement continu, c(ψ ,v ) doit être
k a
stipulé au quatre-vingt-dix-neuvième centile pour des angles de phase d'impédance du réseau
ψ = 30°, 50°, 70° et 85° par un tableau pour quatre distributions différentes de vitesses de
k
vent, avec, respectivement, une moyenne annuelle de vitesses de vent v = 6 m/s, 7,5 m/s,
a
8,5 m/s et 10 m/s. Les valeurs intégrées sur 10 min de la vitesse du vent doivent être
supposées distribuées suivant une loi de Rayleigh (voir note). La moyenne annuelle des
vitesses de vent se réfère à la hauteur du moyeu de l'éolienne.
NOTE La loi de Rayleigh est une distribution de probabilité qui représente généralement bien la distribution
annuelle de la vitesse du vent. La loi de Rayleigh peut être décrite par:
 
 
π v
 
 
F(v) = 1 − exp −
   
4 v
 
 a 
 
où
F(v) est la fonction de distribution de probabilité cumulée de Rayleigh pour la vitesse du vent v;
v est la moyenne annuelle de vitesses de vent à la hauteur du moyeu;
a
v est la vitesse du vent.
− 26 − 61400-21  CEI:2001
6.6.2 Opérations de commutation

Les caractéristiques doivent être stipulées pour les types suivants d'opérations de commu-

tation:
a) Mise en marche de l'éolienne à la vitesse de démarrage.

b) Mise en marche de l'éolienne à la vitesse de vent assignée.

c) Le plus mauvais cas de commutation entre les générateurs (applicable seulement aux

éoliennes avec plus d'un générateur ou un générateur avec plusieurs enroulements). Voir

également la note 1.
Pour chacun des types d'opérations de commutation ci-dessus, les valeurs des paramètres ci-
dessous doivent être stipulées (voir également les notes 2 et 3):
1) Le nombre maximal, N , d'opérations de commutation au cours d'une période de 10 min.
2) Le nombre maximal, N , d'opérations de commutation au cours d'une période de 2 h.
3) Le facteur de papillotement sur un échelon k (ψ ) pour des angles de phase d'impédance
f k
de réseau ψ = 30°, 50°, 70° et 85°.
k
4) Le facteur de variations de tension k (ψ ) pour des angles de phase d'impédance de
u k
réseau ψ = 30°, 50°, 70° et 85°.
k
NOTE 1 Le plus mauvais cas de commutation entre les générateurs est, dans le contexte du facteur de
papillotement sur un échelon, défini comme l'opération de commutation qui donne le facteur de papillotement sur
un échelon le plus élevé, et dans le contexte du facteur de variations de tension, défini comme l'opération de
commutation qui donne le facteur de variations de tension le plus élevé.
NOTE 2 Les paramètres N et N peuvent être basés sur les informations des fabricants, alors qu’il convient
10 120
que k (ψ ) et k (ψ ) soient mesurés et calculés.
f k u k
NOTE 3 En fonction du système de commande de l'éolienne, le nombre maximal d'opérations de commutation au
cours d'une période de 2 h peut être inférieur à douze fois le nombre maximal d'opérations de commutation au
cours d'une période de 10 min.
6.7 Harmoniques
Pour une éolienne avec un convertisseur électronique d'énergie (voir les notes 1, 2, 3 et 4),
l'émission par l'éolienne de courants harmoniques pendant le fonctionnement continu doit être
stipulée. Ceux-ci doivent être donnés pour des fréquences jusqu'à 50 fois la fréquence
fondamentale du réseau (voir la note 5), comme courants harmoniques individuels et distorsion
harmonique totale maximale de courant. Les courants harmoniques individuels doivent être
présentés comme données intégrées sur 10 min pour chaque ordre harmonique, à la
puissance de sortie donnant le courant harmonique individuel maximal. Les valeurs doivent
être spécifiées dans un tableau, en pourcentage du courant assigné. Pour tous les ordres
harmoniques, les courants des harmoniques inférieurs à 0,1 % du courant assigné n'ont pas
besoin d'être spécifiés.
NOTE 1 Des émissions d'harmoniques ont été signalées pour quelques cas d'installations d'éoliennes avec des
générateurs à induction, mais sans convertisseur électronique d'énergie. Il n'y a cependant aucune procédure
convenue pour le mesurage des émissions harmoniques des machines à induction. De plus, il n'y a aucun exemple
connu d'ennui pour un client ou de dommages à des équipements dus aux émissions harmoniques de telles
éoliennes. Cette norme n’exige donc pas le mesurage des émissions harmoniques de ce type d'éoliennes.
NOTE 2 Le générateur synchrone produit une tension avec une forme d'onde fonction de la forme du champ
magnétique dans l'entrefer et de la régularité des enroulements de son stator. Pour une éolienne avec un
générateur synchrone directement connecté au réseau, il convient que la forme d'onde, selon 8.4, soit conforme
aux prescriptions de 8.9 de la CEI 60034-1. Alors, l'éolienne n'émettra que des courants harmoniques et
interharmoniques très limités, et par conséquent, cette norme n’exige donc pas la spécification de ces derniers.
NOTE 3 Les harmoniques sont considérés comme étant inoffensifs, tant que leur durée est limitée à une courte
période de temps. L'expérience avec un «démarrage en douceur» des unités électroniques de puissance des
éoliennes n'a généralement pas révélé de problème dus aux émissions harmoniques de courte durée. Par
conséquent, cette norme n’exige pas la spécification des harmoniques de courte durée provoqués par le démarrage
de l'éolienne ou d'autres opérations de commutation.
NOTE 4 Il a été signalé un problème avec le fonctionnement intempestif de la protection de fuite à la terre sur un
circuit basse tension, probablement dû aux émissions de courants harmoniques pendant le démarrage d'une
éolienne. La question pourra être considérée dans une future révision de cette norme.

− 28 − 61400-21  CEI:2001
NOTE 5 Les convertisseurs électroniques d'énergie fonctionnant avec des fréquences de commutation dans la

gamme des kHz peuvent émettre des harmoniques supérieurs à 50 fois la fréquence fondamentale du réseau. La
question des harmoniques supérieurs à 50 fois la fréquence fondamentale du réseau est à l'étude en attendant plus

d'expérience, ainsi que des procédures appropriées de mesurage et d'évaluation, qui restent à établir par le comité

ad hoc de la CEI.
7 Procédures de mesurage
Le paragraphe 7.1 donne des informations générales au sujet de la validité du mesurage, des

conditions d'essai et des appareils nécessaires. Les paragraphes 7.2 à 7.7 précisent le

mesurage nécessaire à effectuer pour déterminer les paramètres caractéristiques de qualité de

puissance de l'éolienne à évaluer.

7.1 Généralités
Les procédures de mesurage sont valides pour des éoliennes individuelles avec un
raccordement triphasé au réseau, et tant que l'éolienne n'est pas exploitée avec une
commande active de fréquence ou de tension à un emplacement quelconque du réseau.
Les mesures visent en général à vérifier les paramètres caractéristiques de qualité de
puissance pour toute la plage fonctionnelle de l'éolienne à évaluer. Le mesurage n'est
cependant pas prescrit pour les vitesses de vent supérieures à 15 m/s (voir la note 1). Le fait
de demander un mesurage à des vitesses de vent plus élevées donnerait généralement une
période de mesurage sensiblement plus longue à cause de la rare apparition de fortes vitesses
de vent, et ne donnerait sans doute pas une meilleure vérification des paramètres
caractéristiques de qualité de puissance de l'éolienne évaluée. Voir également la note 2.
Les caractéristiques mesurées sont uniquement valides pour la configuration spécifique de
l'éolienne évaluée. D'autres configurations, y compris des paramètres de commande modifiés
qui font que l'éolienne se comporte différemment eu égard à la qualité de puissance,
nécessitent une autre évaluation. Voir également la note 3.
NOTE 1 Si des mesures sont faites au-dessus de 15 m/s, elles peuvent être omises. Toutefois, si elles sont
incluses, il convient que la plage de vitesse de vent appliquée soit donnée dans le rapport d'essais.
NOTE 2 L’ajout des mesures au-dessus de 15 m/s peut améliorer la précision du coefficient de papillotement
déterminé et peut, pour la conception de certaines éoliennes, donner une puissance mesurée maximale supérieure.
Si le rapport qualité/prix est cependant pris en compte, l’ajout de mesures au-dessus de 15 m/s n’est pas requis. Si
des mesures au-dessus de 15 m/s sont requises, cela améliorera la confiance dans le résultat des procédures
décrites en 8.3 pour les sites à vents de forte intensité, des caractéristiques électriques aux bornes de l’éolienne.
NOTE 3 Certaines conceptions d'éoliennes comportent un transformateur intégré. Les mesures permettent de
définir si les bornes de l’éolienne sont du côté basse ou haute tension du transformateur. Changer le
transformateur pour une tension de sortie en une autre n'est pas supposé entraîner un comportement différent de
l'éolienne vis à vis de la qualité de puissance. Ainsi, une évaluation distincte n'est pas prescrite si la tension de
sortie du transformateur est modifiée, mais la tension et le courant assignés doivent être actualisés.

7.1.1 Conditions des essais
Les conditions d'essais suivantes sont prescrites (voir la note 1).
• L'éolienne doit être connectée directement au réseau MT par un transformateur standard
dont la puissance assignée correspond au moins à la puissance apparente autorisée
maximale de l'éolienne évaluée.
• La puissance apparente de court-circuit au point de connexion au réseau MT doit être d'au
moins 50 fois la puissance apparente autorisée maximale de l'éolienne évaluée. La
puissance apparente de court-circuit du réseau peut être déterminée par calcul ou en
s'informant auprès de l'opérateur du réseau, avant d'essayer l'éolienne. Voir également la
note 2.
• La distorsion harmonique totale de tension, comprenant tous les harmoniques jusqu'à
l'ordre 50, doit être inférieure à 5 %, lorsqu'elle est mesurée en tant que données intégrées
sur 10 min, aux bornes de l'éolienne pendant que cette dernière n'est pas productive. La
distorsion harmonique totale de tension peut être déterminée par mesurage avant
d'essayer l'éolienne.
− 30 − 61400-21  CEI:2001
• La fréquence du réseau, mesurée en tant que données intégrées sur 0,2 s, doit être dans

±1 % de la fréquence nominale, et le taux de variation de la fréquence du réseau, mesurée

en tant que données intégrées sur 0,2 s, doit être inférieur à 0,2 % de la fréquence

nominale par 0,2 s. Si la fréquence du réseau est connue comme étant très stable et tout à

fait en conformité avec les prescriptions ci-dessus, ce qui doit être généralement le cas

pour un grand système d'énergie interconnecté, il n'est pas nécessaire d'aller plus loin

dans l'évaluation. Dans le cas contraire, la fréquence du réseau doit être mesurée pendant
l'essai et les données d'essai, éventuellement prélevées pendant des périodes avec une
fréquence de réseau inadéquate, doivent être exclues.

• La tension doit être dans ±5 % de sa valeur nominale, mesurée en tant que données

intégrée sur 10 min, aux bornes de l'éolienne. Si la tension est connue comme étant très

stable et tout à fait en conformité avec la prescription ci-dessus, ce qui doit être
généralement le cas si l'éolienne est connectée à un très puissant réseau, il n'est pas
nécessaire d'aller plus loin dans l'évaluation. Dans le cas contraire, la tension doit être
mesurée pendant l'essai et les données d'essai, éventuellement prélevées pendant des
périodes avec une tension inadéquate, doivent être exclues.
• Le taux de déséquilibre de tension doit être inférieur à 2 %, mesuré en tant que données
intégrées sur 10 min, aux bornes de l'éolienne. Si le taux de déséquilibre de tension est
connu pour être en conformité avec la prescription ci-dessus, il n’est pas nécessaire d’aller
plus loin dans l’évaluation. Le taux de déséquilibre de tension peut être déterminé sur la
base des tensions d'alimentation mesurées comme décrit dans l’article B.3 de la
CEI 61800-3. Dans le cas contraire, le taux de déséquilibre de tension doit être mesuré
pendant l'essai et les données d'essai, éventuellement prélevées pendant des périodes
avec un taux de déséquilibre de tension inadéquat, doivent être exclues.
• L'intensité de turbulence prise sur une période de 10 min doit être entre 8 % et 16 %.
L'intensité de turbulence doit être évaluée en se basant sur l'identification des obstacles
suivant les secteurs et sur les variations de terrain ou en se basant sur un mesurage de
vitesse de vent. D'une manière ou d'une autre, les données d'essai, éventuellement
prélevées pendant des périodes avec des intensités de turbulence en dehors de la plage ci-
dessus, doivent être exclues. Voir également la note 3.
• Les conditions environnementales doivent être conformes aux prescriptions des fabricants
pour les appareils et l'éolienne. Généralement, ceci n'exige pas de mesurage en ligne des
conditio
...

NORME CEI
INTERNATIONALE IEC
61400-21
INTERNATIONAL
Première édition
STANDARD
First edition
2001-12
Aérogénérateurs –
Partie 21:
Mesurage et évaluation des caractéristiques
de qualité de puissance des éoliennes
connectées au réseau
Wind turbine generator systems –
Part 21:
Measurement and assessment of power quality
characteristics of grid connected wind turbines

Numéro de référence
Reference number
CEI/IEC 61400-21:2001
Numérotation des publications Publication numbering

Depuis le 1er janvier 1997, les publications de la CEI As from 1 January 1997 all IEC publications are

sont numérotées à partir de 60000. Ainsi, la CEI 34-1 issued with a designation in the 60000 series. For
devient la CEI 60034-1. example, IEC 34-1 is now referred to as IEC 60034-1.

Editions consolidées Consolidated editions

Les versions consolidées de certaines publications de la The IEC is now publishing consolidated versions of its

CEI incorporant les amendements sont disponibles. Par publications. For example, edition numbers 1.0, 1.1
exemple, les numéros d’édition 1.0, 1.1 et 1.2 indiquent and 1.2 refer, respectively, to the base publication,

respectivement la publication de base, la publication de the base publication incorporating amendment 1 and

base incorporant l’amendement 1, et la publication de the base publication incorporating amendments 1
base incorporant les amendements 1 et 2. and 2.
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sur les publications de la CEI
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constamment revu par la CEI afin qu'il reflète l'état under constant review by the IEC, thus ensuring that
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cette publication, y compris sa validité, sont dispo- relating to this publication, including its validity, is
nibles dans le Catalogue des publications de la CEI available in the IEC Catalogue of publications
(voir ci-dessous) en plus des nouvelles éditions, (see below) in addition to new editions, amendments
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sujets à l’étude et l’avancement des travaux entrepris consideration and work in progress undertaken by the
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cées ou retirées, ainsi que sur les corrigenda.
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Email: custserv@iec.ch
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Tél: +41 22 919 02 11
Tel: +41 22 919 02 11
Fax: +41 22 919 03 00
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61400-21
INTERNATIONAL
Première édition
STANDARD
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2001-12
Aérogénérateurs –
Partie 21:
Mesurage et évaluation des caractéristiques
de qualité de puissance des éoliennes
connectées au réseau
Wind turbine generator systems –
Part 21:
Measurement and assessment of power quality
characteristics of grid connected wind turbines

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− 2 − 61400-21  CEI:2001
SOMMAIRE
AVANT-PROPOS .6

INTRODUCTION.8

1 Domaine d'application.10

2 Références normatives .12

3 Définitions .12

4 Symboles et unités .20

5 Abréviations.22

6 Paramètres caractéristiques de qualité de puissance de l'éolienne .24
6.1 Généralités.24
6.2 Données assignées .24
6.3 Puissance autorisée maximale.24
6.4 Puissance mesurée maximale.24
6.5 Puissance réactive .24
6.6 Fluctuations de tension.24
6.7 Harmoniques .26
7 Procédures de mesurage .28
7.1 Généralités.28
7.2 Données assignées .34
7.3 Puissance autorisée maximale.34
7.4 Puissance mesurée maximale.34
7.5 Puissance réactive .34
7.6 Fluctuations de tension.36
7.7 Harmoniques .46
8 Évaluation de la qualité de puissance.48
8.1 Généralités.48
8.2 Tension en régime établi.50
8.3 Fluctuations de tension.50
8.4 Harmoniques .56
Annexe A (informative) Modèle de format de rapport .58

Annexe B (informative) Fluctuations et papillotement de tension .68
Bibliographie .84
Figure 1 – Eléments constitutifs du système de mesurage .32
Figure 2 – Réseau fictif pour la simulation d'une tension fictive.36
Figure B.1 – Procédures de mesurage et d'évaluation du papillotement
pendant le fonctionnement continu de l'éolienne .68
Figure B.2 – Procédures de mesurage et d'évaluation des variations de tension
et du papillotement pendant les opérations de commutation de l'éolienne .70
Figure B.3 – Coefficients de papillotement c(ψ ) en fonction de la vitesse du vent.72
k
61400-21  IEC:2001 − 3 −
CONTENTS
FOREWORD.7

INTRODUCTION.9

1 Scope.11

2 Normative references.13

3 Definitions .13

4 Symbols and units .21

5 Abbreviations.23

6 Wind turbine power quality characteristic parameters .25

6.1 General .25
6.2 Rated data.25
6.3 Maximum permitted power .25
6.4 Maximum measured power .25
6.5 Reactive power.25
6.6 Voltage fluctuations .25
6.7 Harmonics .27
7 Measurement procedures .29
7.1 General .29
7.2 Rated data.35
7.3 Maximum permitted power .35
7.4 Maximum measured power .35
7.5 Reactive power.35
7.6 Voltage fluctuations .37
7.7 Harmonics .47
8 Assessment of power quality.49
8.1 General .49
8.2 Steady-state voltage .51
8.3 Voltage fluctuations .51
8.4 Harmonics .57
Annex A (informative) Sample report format .59
Annex B (informative) Voltage fluctuations and flicker.69

Bibliography .85
Figure 1 – Assumed elements of measurement system.33
Figure 2 – Fictitious grid for simulation of fictitious voltage .37
Figure B.1 – Measurement and assessment procedures for flicker during continuous
operation of the wind turbine .69
Figure B.2 – Measurement and assessment procedures for voltage changes and flicker
during switching operations of the wind turbine.71
Figure B.3 – Flicker coefficient as a function of wind speed .73

− 4 − 61400-21  CEI:2001
Tableau 1 – Spécifications des prescriptions pour les appareils de mesurage .32

Tableau 2 – Spécifications des exposants suivant la CEI 61000-3-6 .56

Tableau B.1 – Nombre de mesures N et fréquence d'occurrence de f et f pour
m,i m,i y,i
chaque tranche de vitesses de vent, de la vitesse de démarrage jusqu'à 15 m/s. .74

Tableau B.2 – Facteur de pondération w pour chaque tranche de vitesses de vent. .74
i
Tableau B.3 – Somme totale des facteurs de pondération multipliée par le nombre de

mesures pour toutes les tranches de vitesses de vent .76

Tableau B.4 – Distribution cumulée pondérée des coefficients de papillotement Pr(c pour chaque distribution de vitesses de vent.76

Tableau B.5 – Coefficients de papillotement résultants en fonctionnement continu.78
Tableau B.6 – Probabilités et centiles pour différentes vitesses du vent. .78

61400-21  IEC:2001 − 5 −
Table 1 – Specification of requirements for measurement equipment.33

Table 2 – Specification of exponents according to IEC 61000-3-6 .57

Table B.1 – Number of measurements N and frequency of occurrence of f and f
m,i m,i y,i
for each wind speed bin in the range from cut-in wind speed to 15 m/s .75

Table B.2 – Weighting factor w for each wind speed bin .75
i
Table B.3 – Total sum of weighting factor multiplied by number of measurements for all

wind speed bins .77

Table B.4 – Weighted accumulated distribution of the flicker coefficients Pr(c
each wind speed distribution .77

Table B.5 – Resulting flicker coefficient in continuous operation .79

Table B.6 – Probabilities and percentiles for different wind speeds .79

− 6 − 61400-21  CEI:2001
COMMISSION ÉLECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE

___________
AÉROGÉNÉRATEURS –
Partie 21: Mesurage et évaluation des caractéristiques de qualité

de puissance des éoliennes connectées au réseau

AVANT-PROPOS
1) La CEI (Commission Électrotechnique Internationale) est une organisation mondiale de normalisation composée
de l'ensemble des comités électrotechniques nationaux (Comités nationaux de la CEI). La CEI a pour objet de
favoriser la coopération internationale pour toutes les questions de normalisation dans les domaines de
l'électricité et de l'électronique. A cet effet, la CEI, entre autres activités, publie des Normes internationales.
Leur élaboration est confiée à des comités d'études, aux travaux desquels tout Comité national intéressé par le
sujet traité peut participer. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en
liaison avec la CEI, participent également aux travaux. La CEI collabore étroitement avec l'Organisation
Internationale de Normalisation (ISO), selon des conditions fixées par accord entre les deux organisations.
2) Les décisions ou accords officiels de la CEI concernant les questions techniques représentent, dans la mesure
du possible, un accord international sur les sujets étudiés, étant donné que les Comités nationaux intéressés
sont représentés dans chaque comité d’études.
3) Les documents produits se présentent sous la forme de recommandations internationales. Ils sont publiés
comme normes, spécifications techniques, rapports techniques ou guides et agréés comme tels par les Comités
nationaux.
4) Dans le but d'encourager l'unification internationale, les Comités nationaux de la CEI s'engagent à appliquer de
façon transparente, dans toute la mesure possible, les Normes internationales de la CEI dans leurs normes
nationales et régionales. Toute divergence entre la norme de la CEI et la norme nationale ou régionale
correspondante doit être indiquée en termes clairs dans cette dernière.
5) La CEI n’a fixé aucune procédure concernant le marquage comme indication d’approbation et sa responsabilité
n’est pas engagée quand un matériel est déclaré conforme à l’une de ses normes.
6) L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments de la présente Norme internationale peuvent faire
l’objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. La CEI ne saurait être tenue pour
responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et de ne pas avoir signalé leur existence.
La Norme internationale CEI 61400-21 a été établie par le comité d’études 88 de la CEI:
Systèmes à turbines éoliennes.
Le texte de cette norme est issu des documents suivants:
FDIS Rapport de vote
88/144/FDIS 88/150/RVD
Le rapport de vote indiqué dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote ayant
abouti à l’approbation de cette norme.
Cette publication a été rédigée selon les Directives ISO/CEI, Partie 3.
Les annexes A et B sont données uniquement à titre d’ information.
Le comité a décidé que le contenu de cette publication ne sera pas modifié avant 2005. A
cette date, la publication sera
• reconduite;
• supprimée;
• remplacée par une édition révisée, ou
• amendée.
61400-21  IEC:2001 − 7 −
INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION

___________
WIND TURBINE GENERATOR SYSTEMS –

Part 21: Measurement and assessment of power quality characteristics

of grid connected wind turbines

FOREWORD
1) The IEC (International Electrotechnical Commission) is a worldwide organization for standardization comprising
all national electrotechnical committees (IEC National Committees). The object of the IEC is to promote
international co-operation on all questions concerning standardization in the electrical and electronic fields. To
this end and in addition to other activities, the IEC publishes International Standards. Their preparation is
entrusted to technical committees; any IEC National Committee interested in the subject dealt with may
participate in this preparatory work. International, governmental and non-governmental organizations liaising
with the IEC also participate in this preparation. The IEC collaborates closely with the International Organization
for Standardization (ISO) in accordance with conditions determined by agreement between the two
organizations.
2) The formal decisions or agreements of the IEC on technical matters express, as nearly as possible, an
international consensus of opinion on the relevant subjects since each technical committee has representation
from all interested National Committees.
3) The documents produced have the form of recommendations for international use and are published in the form
of standards, technical specifications, technical reports or guides and they are accepted by the National
Committees in that sense.
4) In order to promote international unification, IEC National Committees undertake to apply IEC International
Standards transparently to the maximum extent possible in their national and regional standards. Any
divergence between the IEC Standard and the corresponding national or regional standard shall be clearly
indicated in the latter.
5) The IEC provides no marking procedure to indicate its approval and cannot be rendered responsible for any
equipment declared to be in conformity with one of its standards.
6) Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this International Standard may be the subject
of patent rights. The IEC shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
International Standard IEC 61400-21 has been prepared by IEC technical committee 88: Wind
turbine systems.
The text of this standard is based on the following documents:
FDIS Report on voting
88/144/FDIS 88/150/RVD
Full information on the voting for the approval of this standard can be found in the report on
voting indicated in the above table.
This publication has been drafted in accordance with the ISO/IEC Directives, Part 3.
Annexes A and B are for information only.
The committee has decided that the contents of this publication will remain unchanged until
2005. At this date, the publication will be
• reconfirmed;
• withdrawn;
• replaced by a revised edition, or
• amended.
− 8 − 61400-21  CEI:2001
INTRODUCTION
Le but de la présente partie de la CEI 61400 est de fournir une méthodologie uniforme qui

assurera la cohérence et la précision dans le mesurage et l'évaluation des caractéristiques de

qualité de puissance des aérogénérateurs (en anglais: Wind Turbine Generator Systems ou

WTGS) connectés au réseau. À cet égard, le terme «qualité de puissance» inclut les

caractéristiques électriques de l'aérogénérateur qui influent sur la qualité de la tension du

réseau auquel l'aérogénérateur est connecté. Cette norme a été préparée avec la perspective

de son application par:
• le fabricant d'aérogénérateurs, s'efforçant de satisfaire à des caractéristiques bien définies
de qualité de puissance;
• l'acheteur d'aérogénérateurs en spécifiant de telles caractéristiques de qualité de
puissance;
• l'opérateur d'aérogénérateurs à qui il peut être prescrit de vérifier ce qui est stipulé ou que
les caractéristiques de qualité de puissance sont satisfaites;
• le planificateur ou le régulateur de l'aérogénérateur, qui doit pouvoir déterminer,
précisément et honnêtement, l'impact d'un aérogénérateur sur la qualité de la tension, pour
s'assurer que l'installation est conçue de telle sorte que des prescriptions de qualité de
tension soient respectées;
• l'autorité de certification de l'aérogénérateur ou l'organisme d'essai de composants, en
évaluant les caractéristiques de qualité de puissance du type d'éolienne;
• le planificateur ou le régulateur du réseau électrique, qui doit pouvoir déterminer le
raccordement au réseau requis pour un aérogénérateur.
Cette norme fournit des recommandations pour préparer le mesurage et l'évaluation des
caractéristiques de qualité de puissance des aérogénérateurs connectés au réseau. La norme
sera utile pour les acteurs concernés par la fabrication, la planification des installations,
l'obtention des autorisations, l'exploitation, l'utilisation, les essais et la réglementation des
aérogénérateurs. Il convient que les techniques de mesurage et d'analyse, recommandées
dans cette norme, soient appliquées par tous les acteurs, pour s'assurer que le développement
et l'exploitation continus des aérogénérateurs s'effectuent dans un climat de communication
cohérent et précis.
Cette norme présente des procédures de mesurage et d'analyse prévues pour fournir des
résultats cohérents qui pourront être reproduits par d'autres.

61400-21  IEC:2001 − 9 −
INTRODUCTION
The purpose of this part of IEC 61400 is to provide a uniform methodology that will ensure

consistency and accuracy in the measurement and assessment of power quality characteristics

of grid connected wind turbines (WTs). In this respect the term power quality includes those

electric characteristics of the WT that influence the voltage quality of the grid to which the WT

is connected. The standard has been prepared with the anticipation that it would be applied by:

• the WT manufacturer striving to meet well-defined power quality characteristics;

• the WT purchaser in specifying such power quality characteristics;

• the WT operator who may be required to verify that stated, or required power quality
characteristics are met;
• the WT planner or regulator who must be able to accurately and fairly determine the impact
of a WT on the voltage quality to ensure that the installation is designed so that voltage
quality requirements are respected;
• the WT certification authority or component testing organization in evaluating the power
quality characteristics of the wind turbine type;
• the planner or regulator of the electric network who must be able to determine the grid
connection required for a WT.
This standard provides recommendations for preparing the measurements and assessment
of power quality characteristics of grid connected WTs. The standard will benefit those
parties involved in the manufacture, installation planning, obtaining of permission, operation,
utilization, testing and regulation of WTs. The measurement and analysis techniques
recommended in this standard should be applied by all parties to ensure that the continuing
development and operation of WTs are carried out in an atmosphere of consistent and
accurate communication.
This standard presents measurement and analysis procedures expected to provide consistent
results that can be replicated by others.

− 10 − 61400-21  CEI:2001
AÉROGÉNÉRATEURS –
Partie 21: Mesurage et évaluation des caractéristiques de qualité

de puissance des éoliennes connectées au réseau

1 Domaine d'application
Cette partie de la CEI 61400 comprend:
• la définition et la spécification des quantités à déterminer pour caractériser la qualité de
puissance d'une éolienne connectée à un réseau;
• les procédures de mesurage pour quantifier les caractéristiques;
• les procédures pour évaluer la conformité aux prescriptions de qualité de puissance, y
compris l'estimation de la qualité de puissance attendue d'un type d'éolienne, une fois
déployée sur un site spécifique, éventuellement en groupes.
Les procédures de mesurage sont valides pour des éoliennes individuelles avec un
raccordement triphasé au réseau, et tant que l'éolienne n'est pas exploitée avec une
commande active de fréquence ou de tension à un emplacement quelconque du réseau. Les
procédures de mesurage sont valides pour n'importe quelle taille d'éolienne; toutefois, cette
norme prescrit uniquement des types d'éoliennes prévues pour un point de couplage commun
au système MT ou HT, qui sont donc à essayer et à caractériser comme cela est spécifié dans
cette norme.
Les caractéristiques mesurées sont uniquement valides pour la configuration spécifique de
l'éolienne évaluée. D'autres configurations, y compris des paramètres de commande modifiés
qui font que l'éolienne se comporte différemment eu égard à la qualité de puissance,
nécessitent une autre évaluation.
Les procédures de mesurage sont conçues pour être aussi indépendantes du site que
possible, de sorte que des caractéristiques de qualité de puissance, mesurées par exemple sur
un site d'essai, puissent être considérées comme valides également sur d'autres sites.
Les procédures pour évaluer la conformité aux prescriptions de qualité de puissance sont
valides pour des éoliennes avec le point de couplage commun au système MT ou HT, dans des
réseaux d'énergie électrique à fréquence fixe à ±1 Hz et avec des possibilités de régulation
suffisantes de puissance active et réactive, et une charge suffisante pour absorber la
production énergétique de l'éolienne. Dans les autres cas, les principes pour évaluer la

conformité aux prescriptions de qualité de puissance peuvent toujours être utilisés comme
guide.
NOTE 1 Cette norme emploie les termes suivants pour désigner la tension du système:
– basse tension (BT) s'applique à U ≤ 1 kV;
n
– moyenne tension (MT) s'applique à 1 kV < U ≤ 35 kV;
n
– haute tension (HT) s'applique à U
> 35 kV.
n
NOTE 2 La question des interharmoniques n'est pas évoquée dans cette norme, cependant elle est à l'étude en
attendant des procédures de mesurage et d'évaluation appropriées, qui sont à établir par le comité concerné de la
CEI.
61400-21  IEC:2001 − 11 −
WIND TURBINE GENERATOR SYSTEMS –

Part 21: Measurement and assessment of power quality characteristics

of grid connected wind turbines

1 Scope
This part of IEC 61400 includes:
• definition and specification of the quantities to be determined for characterizing the power
quality of a grid connected wind turbine;
• measurement procedures for quantifying the characteristics;
• procedures for assessing compliance with power quality requirements, including estimation
of the power quality expected from the wind turbine type when deployed at a specific site,
possibly in groups.
The measurement procedures are valid for single wind turbines with a three-phase grid
connection, and as long as the wind turbine is not operated to actively control the frequency or
voltage at any location in the network. The measurement procedures are valid for any size of
wind turbine, though this standard only requires wind turbine types intended for PCC at MV or
HV to be tested and characterized as specified in this standard.
The measured characteristics are valid for the specific configuration of the assessed wind
turbine only. Other configurations, including altered control parameters that cause the wind
turbine to behave differently with respect to power quality, require separate assessment.
The measurement procedures are designed to be as non-site-specific as possible, so that
power quality characteristics measured at for example a test site can be considered valid also
at other sites.
The procedures for assessing compliance with power quality requirements are valid for wind
turbines with PCC at MV or HV in power systems with fixed frequency within ±1 Hz, and
sufficient active and reactive power regulation capabilities and sufficient load to absorb the
wind power production. In other cases, the principles for assessing compliance with power
quality requirements may still be used as a guide.
NOTE 1 This standard uses the following terms for system voltage:
– low voltage (LV) refers to U ≤ 1 kV;

n
– medium voltage (MV) refers to 1 kV < U ≤ 35 kV;
n
– high voltage (HV) refers to U > 35 kV.
n
NOTE 2 The issue of interharmonics is not addressed in this standard, though it is under consideration awaiting
proper measurement and assessment procedures to be established by the appropriate IEC committee.

− 12 − 61400-21  CEI:2001
2 Références normatives
Les documents normatifs suivants contiennent des dispositions qui, par suite de la référence

qui y est faite, constituent des dispositions valables pour la présente partie de la CEI 61400.

Pour les références datées, les amendements ultérieurs ou les révisions de ces publications ne

s’appliquent pas. Toutefois, les parties prenantes aux accords fondés sur la présente partie de

la CEI 61400 sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer les éditions les plus récentes

des documents normatifs indiqués ci-après. Pour les références non datées, la dernière édition
du document normatif en référence s’applique. Les membres de la CEI et de l'ISO possèdent
le registre des Normes internationales en vigueur.

CEI 60034-1, Machines électriques tournantes – Partie 1: Caractéristiques assignées et
caractéristiques de fonctionnement
CEI 60044-1, Transformateurs de mesure – Partie 1: Transformateurs de courant
CEI 60050(161), Vocabulaire Electrotechnique International (VEI) – Chapitre 161: Compatibilité
électromagnétique
CEI 60050(393), Vocabulaire Electrotechnique International (VEI) – Chapitre 393: Instru-
mentation nucléaire: Phénomènes physiques et notions fondamentales
CEI 60050(415), Vocabulaire Electrotechnique International (VEI) – Chapitre 415: Aéro-
générateurs
CEI 60186, Transformateurs de tension
Amendement 1 (1988)
Amendement 2 (1995)
CEI 60688, Transducteurs électriques de mesure convertissant les grandeurs électriques
alternatives en signaux analogiques ou numériques
CEI 61000-4-7, Compatibilité électromagnétique (CEM) – Partie 4: Techniques d'essai et de
mesure- Section 7: Guide général relatif aux mesures d'harmoniques et d'interharmoniques,
ainsi qu'à l'appareillage de mesure, applicable aux réseaux d'alimentation et aux appareils qui
y sont raccordés
CEI 61000-4-15, Compatibilité électromagnétique (CEM) – Partie 4: Techniques d'essai et de
mesure- Section 15: Flickermètre – Spécifications fonctionnelles et de conception

CEI 61800-3, Entraînements électriques de puissance à vitesse variable – Partie 3: Norme de
produit relative à la CEM incluant des méthodes d’essais spécifiques
3 Définitions
Pour les besoins de la présente partie de la CEI 61400, les définitions suivantes s'appliquent:
3.1
fonctionnement continu
fonctionnement normal de l'éolienne à l'exclusion des opérations de démarrage et de coupure
3.2
vitesse de démarrage
vitesse du vent la plus basse à la hauteur du moyeu à partir de laquelle l'éolienne commence à
fournir une puissance
[VEI 415-03-05]
61400-21  IEC:2001 − 13 −
2 Normative references
The following normative documents contain provisions which, through reference in this text,

constitute provisions of this part of IEC 61400. For dated references, subsequent amendments

to, or revisions of, any of these publications do not apply. However, parties to agreements

based on this part of IEC 61400 are encouraged to investigate the possibility of applying the

most recent editions of the normative documents indicated below. For undated references, the

latest edition of the normative document referred to applies. Members of IEC and ISO maintain
registers of currently valid International Standards.

IEC 60034-1, Rotating electrical machines – Part 1: Rating and performance
IEC 60044-1, Instrument transformers – Part 1: Current transformers
IEC 60050(161), International Electrotechnical Vocabulary (IEV) – Chapter 161: Electro-
magnetic compatibility
IEC 60050(393), International Electrotechnical Vocabulary (IEV) – Chapter 393: Nuclear
instrumentation: Physical phenomena and basic concepts
IEC 60050(415), International Electrotechnical Vocabulary (IEV) – Chapter 415: Wind turbine
generator systems
IEC 60186, Voltage transformers
Amendment 1 (1988)
Amendment 2 (1995)
IEC 60688, Electrical measuring transducers for converting a.c. electrical quantities to
analogue or digital signals
IEC 61000-4-7, Electromagnetic compatibility (EMC) – Part 4: Testing and measurement
techniques – Section 7: General guide on harmonics and interharmonics measurements and
instrumentation, for power supply systems and equipment connected thereto
IEC 61000-4-15, Electromagnetic compatibility (EMC) – Part 4: Testing and measurement
techniques – Section 15: Flickermeter – Functional and design specifications
IEC 61800-3, Adjustable speed electrical power drive systems – Part 3: EMC product standard
including specific test methods

3 Definitions
For the purpose of this part of IEC 61400, the following definitions apply.
3.1
continuous operation (for wind turbines)
normal operation of the wind turbine excluding start-up and shutdown operations
3.2
cut-in wind speed (for wind turbines)
lowest wind speed at hub height at which the wind turbine starts to produce power
[IEV 415-03-05]
− 14 − 61400-21  CEI:2001
3.3
coefficient de papillotement en fonctionnement continu

mesure normalisée de l'émission de papillotement pendant le fonctionnement continu de

l'éolienne
S
k,fic
c()ψ = P ⋅
k st,fic
S
n
où
P est l’émission de papillotement de l’éolienne sur le réseau fictif;
st,fic
S est la puissance apparente assignée de l’éolienne;
n
S est la puissance apparente de court-circuit du réseau fictif.
k,fic
NOTE Le coefficient de papillotement en fonctionnement continu est le même pour une période à court terme
(10 min) et à long terme (2 h).
3.4
facteur de papillotement sur un échelon
mesure normalisée de l'émission de papillotement due à une opération de commutation unique
de l'éolienne
S
k,fic
0,31
k (ψ ) = ⋅ ⋅ P ⋅ T
f k st,fic p
130 S
n
où
T est la période de mesure qui doit être suffisamment longue pour assurer que la
p
transition de l’opération de commutation a diminué, mais doit être limitée afin d’éviter
des fluctuations possibles de la puissance dues à la turbulence;
P est l’émission de papillotement de l’éolienne sur le réseau fictif;
st,fic
S est la puissance apparente assignée de l’éolienne;
n
S est la puissance apparente de court-circuit du réseau fictif.
k,fic
3.5
puissance autorisée maximale (d'un aérogénérateur)
la puissance intégrée sur 10 min, qui ne doit pas être dépassée, quelles que soient les
conditions météorologiques et celles du réseau
3.6
puissance mesurée maximale
la puissance mesurée maximale (avec un temps d'intégration spécifié) observée pendant le
fonctionnement continu de l'éolienne

3.7
angle de phase de l'impédance du réseau
angle de phase de l'impédance de court-circuit du réseau:
ψ = arctan (X R )
k k
k
où
X est la réactance de court-circuit du réseau,
k
R est la résistance de court-circuit du réseau.
k
3.8
fonctionnement normal
fonctionnement exempt de défaillance conforme à la description du manuel de l'aérogénérateur
[VEI 393-08-12, modifiée]
61400-21  IEC:2001 − 15 −
3.3
flicker coefficient for continuous operation (for wind turbines)

a normalized measure of the flicker emission during continuous operation of the wind turbine:

S
k,fic
c()ψ = P ⋅
k st,fic
S
n
where
P is the flicker emission from the wind turbine on the fictitious grid;
st,fic
S is the rated apparent power of the wind turbine;
n
S is the short-circuit apparent power of the fictitious grid.
k,fic
NOTE The flicker coefficient for continuous operation is the same for a short-term (10 min) and long-term period
(2 h).
3.4
flicker step factor (for wind turbines)
a normalized measure of the flicker emission due to a single switching operation of the wind
turbine:
S
k,fic
0,31
k (ψ ) = ⋅ ⋅ P ⋅ T
f k st,fic p
130 S
n
where
T is the measurement period, long enough to ensure that the transient of the switching
p
operation has abated, though limited to exclude possible power fluctuations due to
turbulence;
P is the flicker emission from the wind turbine on the fictitious grid;
st,fic
S is the rated apparent power of the wind turbine;
n
S is the short-circuit apparent power of the fictitious grid.
k,fic
3.5
maximum permitted power (for wind turbines)
the 10 min average power from the wind turbine that must not be exceeded irrespective of
weather and grid conditions
3.6
maximum measured power (for wind turbines)
that power (with a specified averaging time) which is observed during continuous operation of
the wind turbine
3.7
network impedance phase angle
phase angle of network short-circuit impedance:
ψ = arctan (X R )
k k
k
where
X is the network short-circuit reactance;
k
R is the network short-circuit resistance.
k
3.8
normal operation (for wind turbines)
fault free operation complying with the description in the wind turbine manual
[IEV 393-08-12, modified]
− 16 − 61400-21  CEI:2001
3.9
puissance de sortie (d'un aérogénérateur)

puissance électrique active fournie par l'aérogénérateur sur les bornes de l'éolienne

[VEI 415-04-02, modifiée]
3.10
point de couplage commun (PCC)

le point sur un réseau électrique, électriquement le plus proche d'une installation particulière,

et auquel d'autres installations sont, ou peuvent être, connectées.

NOTE 1 Ces installations peuvent être soit des dispositifs, des équipements ou des systèmes.

NOTE 2 Dans certaines applications, le terme «point de couplage commun» est réservé aux réseaux publics.
[VEI 161-07-15, modifiée]
3.11
système de collecte de puissance (d'un aérogénérateur)
système électrique qui récupère l'énergie produite par une éolienne et la fournit à un réseau
d'alimentation électrique
[VEI 415-04-06, modifiée]
3.12
puissance apparente assignée (d'un aérogénérateur)
la puissance apparente de l'aérogénérateur fonctionnant à la puissance assignée et à la
tension nominale et à la fréquence nominale:
2 2
S = P + Q
n n n
où
P est la puissance assignée;
n
Q est la puissance réactive correspondante.
n
3.13
courant assigné (d'un aérogénérateur)
le courant de l'aérogénérateur fonctionnant à la puissance assignée et à la tension nominale et
à la fréquence nominale
3.14
puissance assignée (d'un aérogénérateur)
puissance électrique maximale pour laquelle un aérogénérateur est conçu, et qu'il peut fournir
en permanence, dans des conditions normales de fonctionnement

[VEI 415-04-03, modifiée]
3.15
vitesse du vent assignée (d'un aérogénérateur)
vitesse du vent pour laquelle une éolienne atteint sa puissance assignée
[VEI 415-03-04, modifiée]
3.16
puissance réactive assignée (d'un aérogénérateur)
la puissance réactive de l'aérogénérateur fonctionnant à la puissance assignée et à la tension
nominale et à la fréquence nominale

61400-21  IEC:2001 − 17 −
3.9
output power (for wind turbines)

electric active power delivered by the wind turbine at its terminals

[IEV 415-04-02, modified]
3.10
point of common coupling (PCC)

point of a power supply network, electrically nearest to a particular load,
...