本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種兆瓦級風(fēng)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的測試系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著世界環(huán)境問題日益凸顯，特別是污染問題有位嚴(yán)重，風(fēng)能作為可再生能源越來越受到更廣泛的關(guān)注，并得到廣泛的應(yīng)用，從而使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成為太陽能利用的主要設(shè)備。變槳系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的核心設(shè)備，其性能直接影響到風(fēng)機(jī)的發(fā)電效率和機(jī)組的安全性。

在將變槳系統(tǒng)安裝于實際的風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行之前，有必要對變槳系統(tǒng)樣機(jī)的性能進(jìn)行測試。

目前，在變槳系統(tǒng)進(jìn)行測試的方法中，首先選定一種類型的機(jī)組，在相應(yīng)級別的實驗臺上，通過對變槳電機(jī)施加負(fù)載扭矩，模擬變槳過程中氣流對槳葉的氣動載荷對變槳電機(jī)轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生的影響，使變槳系統(tǒng)在恒定負(fù)載情況下，運(yùn)行若干時間以對變槳系統(tǒng)進(jìn)行測試。

但上述的測試方法中，只模擬了固定風(fēng)況下，變槳過程中對變槳電機(jī)轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生的影響，沒有考慮到風(fēng)力實際載荷對變槳電機(jī)產(chǎn)生的作用力對變槳軸承機(jī)械性能的影響，而變槳軸承的機(jī)械性能在變槳系統(tǒng)運(yùn)行過程中起著重要的作用，因此，不能很好的反映變槳系統(tǒng)在實際風(fēng)況下的運(yùn)行性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種本發(fā)明提供一種兆瓦級風(fēng)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的測試系統(tǒng)，以滿足風(fēng)電機(jī)組對變槳系統(tǒng)性能的測試需要。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

一種兆瓦級風(fēng)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的測試系統(tǒng)，包括：主控制系統(tǒng)、被測變槳系統(tǒng)以及加載系統(tǒng)；其中：

所述主控制系統(tǒng)與所述變槳系統(tǒng)和所述加載系統(tǒng)以通訊方式連接，用于控制被測變槳系統(tǒng)的供電、變槳系統(tǒng)給定、變槳系統(tǒng)反饋信號處理、加載系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集；

所述加載系統(tǒng)與所述變槳系統(tǒng)之間通過聯(lián)軸器給所述變槳系統(tǒng)加載負(fù)載，并在聯(lián)軸器上安裝轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩傳感器，用于測量變槳系統(tǒng)的負(fù)載扭矩；

所述轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩傳感器與主控制系統(tǒng)之間電連接，將所述轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩傳感器采集的信號傳遞至所述主控制系統(tǒng)。

進(jìn)一步地：所述系統(tǒng)還包括電動調(diào)壓器，所述電動調(diào)壓器的電源輸入端與電網(wǎng)電連接，輸出端提供給所述變槳系統(tǒng)電壓，所述電動調(diào)壓器的控制端連接所述主控制系統(tǒng)，由所述主控制系統(tǒng)輸出的模擬量信號，進(jìn)而調(diào)節(jié)電動調(diào)壓器的輸出電壓，模擬電網(wǎng)各種工況。

進(jìn)一步地：所述變槳系統(tǒng)與電網(wǎng)之間還設(shè)置有可獨立控制三相電的主接觸器，所述主接觸器的控制端與所述主控制系統(tǒng)通訊連接，通過主控制系統(tǒng)發(fā)通/斷命令，分別控制變槳系統(tǒng)供電的一相、兩相或三相，進(jìn)而模擬變槳系統(tǒng)斷電故障。

進(jìn)一步地：所述變槳系統(tǒng)包括變槳控制器、變槳驅(qū)動器、變槳傳感器以及變槳電機(jī)，所述變槳控制器與變槳驅(qū)動器以通訊方式連接，變槳驅(qū)動器與變槳電機(jī)連接，變槳電機(jī)連接聯(lián)軸器，變槳傳感器與所述變槳控制器和變槳驅(qū)動器連接，用于采集數(shù)字量和模擬量信號。

進(jìn)一步地：所述加載系統(tǒng)，包括加載驅(qū)動器和加載電機(jī)；

所述加載驅(qū)動器接收來自主控制系統(tǒng)的控制信號，并與加載電機(jī)連接，用于執(zhí)行所述主控制系統(tǒng)的控制信號；

所述加載電機(jī)與聯(lián)軸器連接，用于給變槳系統(tǒng)提供扭矩。

進(jìn)一步地：所述加載驅(qū)動器接收主控制系統(tǒng)的控制命令，該指令為恒定負(fù)載轉(zhuǎn)矩或隨機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩，同時根據(jù)控制命令驅(qū)動加載電機(jī)，模擬葉片施加給變槳軸承的載荷。

進(jìn)一步地：恒定負(fù)載扭矩根據(jù)載荷報告計算得出的10分鐘平均扭矩T_10min隨機(jī)負(fù)載扭矩是利用Matlab軟件按照10s的時間間隔提取各工況載荷報告數(shù)據(jù)，再利用Matlab軟件和主控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊，進(jìn)行實時數(shù)據(jù)交換。

進(jìn)一步地：所述系統(tǒng)還包括有斷路器，所述斷路器分為第一主斷路器和主第二斷路器，第一主斷路器連接在電網(wǎng)的輸出端，控制整個加載系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)的供電，所述第二主斷路器連接在所述第一主斷路器與加載系統(tǒng)之間控制加載系統(tǒng)的供電。

進(jìn)一步地：主控制系統(tǒng)下發(fā)的位置給定信號給給變槳系統(tǒng)，所述位置給定信號包括：0°～90°的階躍信號和正弦信號其中，A為幅值，T為周期。本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明提供的兆瓦級風(fēng)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的測試系統(tǒng)，通過模擬變槳軸承和變槳電機(jī)的轉(zhuǎn)軸實際的運(yùn)行情況下承受的力矩和載荷，接近真實工況。并且變槳控制系統(tǒng)是一套真實的系統(tǒng)，進(jìn)而變槳控制系統(tǒng)在電網(wǎng)供電和超級電容供電的情況下，可以真實的反應(yīng)出變槳系統(tǒng)所受載荷情況、過載能力、低電壓穿越和高電壓穿越能力，可以完全反應(yīng)變槳系統(tǒng)的所有性能，滿足對變槳系統(tǒng)的性能測試需求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)模塊框圖。

圖2為本發(fā)明的流程圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明一方面提供了一種風(fēng)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的測試系統(tǒng)，包括：包括：主控制系統(tǒng)、被測變槳系統(tǒng)以及加載系統(tǒng)；

主控制系統(tǒng)，用于控制供被測變槳系統(tǒng)的供電、變槳系統(tǒng)給定、變槳系統(tǒng)反饋信號處理、加載驅(qū)動器的給定、轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩傳感器的數(shù)據(jù)采集。其中，分別控制動力電斷單項、兩相和三相，時間可根據(jù)要求進(jìn)行設(shè)定；可以模擬主控系統(tǒng)給變槳系統(tǒng)信號，包括位置、速度、啟動、停止等命令信號；可以控制加載驅(qū)動器的輸出扭矩，模擬風(fēng)機(jī)葉片的載荷；可以通過控制電動調(diào)壓器控制變槳系統(tǒng)的供電電壓，模擬高電壓穿越和低電壓穿越測試；

開關(guān)電源、斷路器、接觸器和繼電器等低壓器件組成控制電路硬件回路；

變槳系統(tǒng)，包括變槳控制系統(tǒng)控制器、驅(qū)動器、電機(jī)、超級電容、編碼器、限位開關(guān)、PT100、低壓器件等；

變槳控制器與驅(qū)動器以通訊方式連接，變槳驅(qū)動器與變槳電機(jī)連接，變槳電機(jī)與聯(lián)軸器連接，傳感器與控制器和驅(qū)動器連接，低壓器件組成控制回路；

變槳控制器與變槳驅(qū)動器連接，用于向變槳驅(qū)動器發(fā)送控制信號；變槳控制器與傳感器連接，用于采集數(shù)字量和模擬量信號；

變槳驅(qū)動器分別與驅(qū)動電源和變槳電機(jī)連接，用于根據(jù)所述變槳控制器的控制信號調(diào)節(jié)接入的輸入電壓以輸出對變槳電機(jī)的控制信號；

主控制系統(tǒng)與變槳系統(tǒng)和加載系統(tǒng)以通訊方式連接，用于控制被測變槳系統(tǒng)的供電、變槳系統(tǒng)給定、變槳系統(tǒng)反饋信號處理、加載系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集；

加載系統(tǒng)與變槳系統(tǒng)之間通過聯(lián)軸器給所述變槳系統(tǒng)加載負(fù)載，并在聯(lián)軸器上安裝轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩傳感器，用于測量變槳系統(tǒng)的負(fù)載扭矩；

轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩傳感器與主控制系統(tǒng)之間電連接，將轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩傳感器采集的信號傳遞至主控制系統(tǒng)。

該系統(tǒng)還包括電動調(diào)壓器，電動調(diào)壓器的電源輸入端與電網(wǎng)電連接，輸出端提供給變槳系統(tǒng)電壓，電動調(diào)壓器的控制端連接主控制系統(tǒng)，由主控制系統(tǒng)輸出的模擬量信號，進(jìn)而調(diào)節(jié)電動調(diào)壓器的輸出電壓，模擬電網(wǎng)各種工況。

變槳系統(tǒng)與電網(wǎng)之間還設(shè)置有可獨立控制三相電的主接觸器，所述主接觸器的控制端與所述主控制系統(tǒng)通訊連接，通過主控制系統(tǒng)發(fā)通/斷命令，分別控制變槳系統(tǒng)供電的一相、兩相或三相，進(jìn)而模擬變槳系統(tǒng)斷電故障。

變槳系統(tǒng)包括變槳控制器、變槳驅(qū)動器、變槳傳感器以及變槳電機(jī)，所述變槳控制器與變槳驅(qū)動器以通訊方式連接，變槳驅(qū)動器與變槳電機(jī)連接，變槳電機(jī)連接聯(lián)軸器，變槳傳感器與所述變槳控制器和變槳驅(qū)動器連接，用于采集數(shù)字量和模擬量信號。設(shè)置超級電容與變槳驅(qū)動器的直流母線連接，用于在電網(wǎng)供電失敗的情況下，作為備用電源供變槳系統(tǒng)控制電機(jī)，使風(fēng)機(jī)葉片順槳至安全位置；

加載系統(tǒng)包括加載驅(qū)動器和加載電機(jī)；

加載驅(qū)動器接收來自主控制系統(tǒng)的控制信號，并與加載電機(jī)連接，用于執(zhí)行所述控制器的控制信號；加載電機(jī)與聯(lián)軸器連接；用于給變槳系統(tǒng)提供扭矩。

所述加載驅(qū)動器接收主控制系統(tǒng)的控制命令，該指令為恒定負(fù)載轉(zhuǎn)矩或隨機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩，同時根據(jù)控制命令驅(qū)動加載電機(jī)，模擬葉片施加給變槳軸承的載荷。

恒定負(fù)載扭矩根據(jù)載荷報告計算得出的10分鐘平均扭矩T_10min隨機(jī)負(fù)載扭矩是利用Matlab軟件按照10s的時間間隔提取各工況載荷報告數(shù)據(jù)，再利用Matlab軟件和主控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊，進(jìn)行實時數(shù)據(jù)交換。

系統(tǒng)還包括有斷路器，所述斷路器分為第一主斷路器和主第二斷路器，第一主斷路器連接在電網(wǎng)的輸出端，控制整個加載系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)的供電，所述第二主斷路器連接在所述第一主斷路器與加載系統(tǒng)之間控制加載系統(tǒng)的供電。

實施例：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作為風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的設(shè)備。再當(dāng)下資源枯竭和環(huán)境污染日益嚴(yán)重的背景下，風(fēng)力發(fā)電作為清潔能源，是目前最具前景的新能源發(fā)展方向。但是風(fēng)能作為間歇性能源，具有很大的隨機(jī)性和不可控性。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率范圍較寬，并且轉(zhuǎn)速范圍較大，控制輸出功率最有效的方法就是控制葉片槳距角，調(diào)節(jié)風(fēng)輪捕獲的風(fēng)能，提高風(fēng)機(jī)利用率。

變槳系統(tǒng)作為風(fēng)機(jī)的重要部分，擔(dān)負(fù)著調(diào)節(jié)輸出功率和減小風(fēng)機(jī)載荷的作用，因此，安全、可靠的變槳系統(tǒng)是必要的，本發(fā)明實施例提供的一種兆瓦級風(fēng)電機(jī)組變槳系統(tǒng)測試系統(tǒng)，可以有效模擬風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)的運(yùn)行情況，并對變槳系統(tǒng)的性能進(jìn)行評估。

圖1是本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，包括：主控制系統(tǒng)、電動調(diào)壓器、主接觸器、被測變槳系統(tǒng)和加載系統(tǒng)。

主控制系統(tǒng)5包括嵌入式工控機(jī)、觸控PC、斷路器、接觸器和繼電器。

主控制系統(tǒng)與變槳系統(tǒng)7和加載系統(tǒng)6以CANopen通訊方式連接。

電動調(diào)壓器4的控制命令是由主控制系統(tǒng)給出的4-20mA模擬量信號，用于調(diào)整被測變槳系統(tǒng)的供電電壓。

電動調(diào)壓器4與主控制系統(tǒng)5中的工控機(jī)連接，受控于工控機(jī)輸出的模擬量信號，進(jìn)而調(diào)節(jié)調(diào)壓器4的輸出電壓，模擬電網(wǎng)各種工況。

變槳系統(tǒng)7，為真實的變槳控制系統(tǒng)，包括超級電容9，變槳控制柜8，變槳電機(jī)10。

超級電容9作為變槳系統(tǒng)的備用電源，在電網(wǎng)故障時為變槳系統(tǒng)提供能量，其具有較好的充、放電性能，并且電壓變化呈線性，運(yùn)行溫度范圍寬，低溫性能好等優(yōu)點。

變槳控制柜8包括PLC控制器和變槳驅(qū)動器，二者以通訊方式連接，其中，PLC控制器接收主控制系統(tǒng)5的指令，并且將變槳系統(tǒng)的所有信息上傳至主控制系統(tǒng)5，變槳控制柜內(nèi)的其他低壓器件組成變槳系統(tǒng)的硬件控制電路，用于驅(qū)動變槳電機(jī)10。

加載系統(tǒng)6，包括一臺加載驅(qū)動器14，一臺加載電機(jī)13。

加載驅(qū)動器14接收主控制系統(tǒng)5的控制命令，該指令可以是恒定的轉(zhuǎn)矩，也可以是實時變化的轉(zhuǎn)矩，同時驅(qū)動加載電機(jī)13，模擬葉片施加給變槳軸承的載荷。

實時變化的轉(zhuǎn)矩給定命令由Matlab軟件根據(jù)Bladed軟件仿真的載荷報告數(shù)據(jù)提取，再由Matlab軟件與主控制器進(jìn)行實時通訊，最后下發(fā)至加載驅(qū)動器14，進(jìn)而由加載電機(jī)13模擬出葉片的負(fù)載扭矩。

第一主斷路器1，控制整個加載系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)的供電，第二主斷路器2控制加載系統(tǒng)的供電。

主接觸器3，為可獨立控制三相電的接觸器，可通過主控制系統(tǒng)發(fā)通/斷命令，分別控制變槳系統(tǒng)供電的一相、兩相或三相，進(jìn)而模擬變槳系統(tǒng)斷電故障。轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩傳感器12，記錄加載系統(tǒng)所施加的負(fù)載扭矩大小，實時將扭矩值上傳至主控制系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩傳感器12并連接有電容11。

圖1可以測試變槳系統(tǒng)7在不同加載工況和不同電網(wǎng)工況下，其中，所有的控制命令由主控制系統(tǒng)下發(fā)，變槳系統(tǒng)7的性能，即其功能性和可靠性。

參見圖2，測試方法，包括對風(fēng)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的功能性測試評估和運(yùn)行性能測試評估。

功能性檢測可根據(jù)NB/T 31018-2011執(zhí)行，檢驗變槳系統(tǒng)的安全性是否滿足各種情況下，均能滿足風(fēng)電機(jī)組安全停機(jī)的要求。

運(yùn)行性能檢測主要評定以下參數(shù)：調(diào)節(jié)時間、超調(diào)量、控制柜溫升和變槳電機(jī)溫升、響應(yīng)時間。

首先主控制系統(tǒng)對位置初始化，并選擇是正弦信號給定還是方波信號給定，

變槳系統(tǒng)的位置給定包括：0°～90°階躍信號正弦信號其中，A為幅值，T為周期。其中，變槳速度按照機(jī)械設(shè)計的要求執(zhí)行。

對加載系統(tǒng)的輸出負(fù)載進(jìn)行選擇，輸出負(fù)載扭矩可分為恒定負(fù)載和隨機(jī)負(fù)載，其中，恒定負(fù)載扭矩根據(jù)載荷報告計算得出的T_10min，隨機(jī)負(fù)載扭矩是利用Matlab軟件按照10s的時間間隔提取各工況載荷報告數(shù)據(jù)，再利用Matlab軟件和主控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊，進(jìn)行實時數(shù)據(jù)交換。其中，載荷報告的各個工況情況參考IEC61400:2005標(biāo)準(zhǔn)。

通過主控制系統(tǒng)下發(fā)的位置給定信號和負(fù)載扭矩組合進(jìn)行測試。階躍信號時，兩種負(fù)載扭矩情況下分別進(jìn)行長時間加載測試，測試的內(nèi)容包括：電網(wǎng)斷電測試、高/低穿測試，當(dāng)調(diào)節(jié)時間小于超調(diào)量σ％＜0.2％，控制柜和電機(jī)每小時溫升小于0.1°。

正弦波信號時，兩種負(fù)載扭矩情況下風(fēng)別進(jìn)行長時間加載測試，當(dāng)控制柜和電機(jī)每小時溫升小于0.1°，且變槳系統(tǒng)的響應(yīng)時間t_r＜300ms。

變槳系統(tǒng)運(yùn)行性能測試滿足上述指標(biāo)則滿足設(shè)計要求，若不滿足，根據(jù)流程圖則需對變槳系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，并進(jìn)行重新評估測試。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。