風力發電機控制系統實驗室測試系統及測試方法
2023-06-08 21:32:31
專利名稱：風力發電機控制系統實驗室測試系統及測試方法
技術領域：
本發明涉及一種風力發電機控制系統實驗室測試系統及測試方法。
背景技術：
風機主控系統是風機的重要組成部分，它承擔著風機監控、自動調節、實現最大風 能捕獲以及保證良好的電網兼容性等重要任務。就風機主控系統本身的要求而言，確有它 的特殊性和複雜性，從硬體來講，風機控制系統隨風機一起安裝在接近自然的環境中，工作 有較大振動、大範圍的溫度變化、強電磁幹擾這樣的複雜條件下，因此其硬體要求比一般系 統要高得多，從軟體來講，風機要實現完全的自動控制，必須有一套與之相適應的完善的控 制軟體。主控系統、變槳系統和變頻器需要協同工作才能實現在較低風速下的最大風能捕 獲、在中等風速下的定轉速以及在較大風速下的恆頻、恆功運行，這需要在這幾大部件中有 一套先進、複雜的控制算法。隨著風力發電行業的迅猛發展，風力發電的主控系統的發展正在逐漸壯大。但是， 目前還缺少對風機主控系統的有效地實驗室測試方法。傳統測試方法都是通過野外風機進 行現場模擬，但由於風是不可預測的，同時對於風的要求缺乏可控性，傳統的方法很難測試 出在多種風況下，風機控制系統運行情況的，並且測試時間長，效果不明顯，還會增加額外 成本。
發明內容
為了解決現有技術存在的上述問題，本發明提出一種風力發電機控制系統實驗室 測試系統和測試方法，其可有效降低成本、提高測試效率。本發明提出的一種風力發電機控制系統實驗室測試系統，包括擁有風力資料數據 庫的計算機、風機主控系統、測試平臺，所述計算機、測試平臺分別與風機主控系統相連，該 測試平臺包括開關量控制電路、模擬量控制電路和接收所述風機主控系統輸出信號的控制 電路三部分組成，所述開關量控制電路控制輸出到所述風機主控系統的開關量；所述模擬 量控制電路控制輸出到所述風機主控系統的模擬量。本發明提出的風力發電機控制系統實驗室測試方法，包括以下步驟1)將計算機接入所述風機主控系統，該計算機利用其自身設有的風力資料資料庫 模擬多種風況下的風速與風向等信息，並將模擬信息傳入所述風機主控系統；2)所述測試平臺模擬在各種風況下風機中的多種控制信號，如浪湧保護信號，溫 度信號，發電機加熱器控制信號等等，並將該模擬的控制信號傳送入所述風機主控系統中， 風機主控系統做出相應反應並輸出信號；3)所述風機主控系統做出相應反應後的輸出信號接入所述測試平臺，在所述風機 主控系統對各種輸入信號做出有效處理之後，所述輸出信號在所述測試平臺中經測試，檢 測所述模擬的控制信息的正確性。本發明所述開關量控制電路為電源、開關、電阻組成的若干個串聯電路形成的並聯電路，所述開關的通斷模擬對所述風機主控系統中的開關量信號進行控制；所述電源的 電壓值為24V，所述開關閉合時，該電壓值為模擬所述風機主控系統的開關量輸出信號；所 述模擬量控制電路由單片機AT89S52、A/D轉換器、D/A轉換器、V/I轉換器、負載、IXD、鍵盤 組成；所述模擬量控制電路輸出4-24mA的可變電流，該可變電流對所述風機主控系統中的 模擬量信號進行控制。由於採用以上技術方案，本發明可根據長期積累下的風況資料庫，利用先進的計 算機技術，可以在實驗室中合理模擬出自然狀況下的多種風況，測試主控器的信號輸出的 合理性和正確性；與傳統的主控系統測試方法相比較，在對風況的控制上有著很大的優勢， 傳統方式沒有有效地主控系統實驗室測試平臺，通常在野外風場進行測試中，風況不可控， 測試效果不明顯且周期長；本發明可以有效地模擬多種各種風況，並通過測試平臺模擬主 控系統的輸入控制信號，具有很好的可控性，測試周期同傳統方法相比大大減小，節省相應 的成本，並可同時對多個主控系統進行測試，體積小，能耗低，使用壽命長，維護簡單。
圖1為本發明風力發電機控制系統實驗室測試方法流程圖；圖2為本發明風力發電機控制系統實驗室測試系統中的測試平臺原理圖；圖3為本發明風力發電機控制系統實驗室測試系統中的開關量電路原理圖；圖4為本發明風力發電機控制系統實驗室測試系統中的模擬量電路原理圖。圖中1計算機；2風機主控系統；3測試平臺；4接收風機主控系統輸出信號的控制 電路；5開關量控制電路；6模擬量控制電路
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明如圖1、2所示，一種風力發電機控制系統實驗室測試系統，包括擁有風力資料數 據庫的計算機1、風機主控系統2、測試平臺3，計算機1、測試平臺3分別與風機主控系統2 相連，該測試平臺3包括開關量控制電路5、模擬量控制電路6和接收風機主控系統輸出信 號的控制電路4三部分組成，開關量控制電路5控制輸出到風機主控系統2的開關量信號； 模擬量控制電路6控制輸出到風機主控系統2的模擬量信號。根據該測試系統本發明的風力發電機控制系統實驗室測試方法，包括以下步驟1)將計算機接入所述風機主控系統，該計算機利用其自身設有的風力資料資料庫 模擬多種風況下的風速與風向等信息，並將模擬信息傳入所述風機主控系統；2)所述測試平臺模擬在各種風況下風機中的多種控制信號，如浪湧保護信號，溫 度信號，發電機加熱器控制信號等等，並將該模擬的控制信號傳送入所述風機主控系統中， 風機主控系統做出相應反應並輸出信號；3)所述風機主控系統做出相應反應後的輸出信號接入所述測試平臺，在所述風機 主控系統對各種輸入信號做出有效處理之後，所述輸出信號在所述測試平臺中經測試，檢 測所述模擬的控制信息的正確性。實驗室測試平臺主要有兩個部分，一項是計算機軟體，一項是測試平臺。計算機軟體部分主要是使用風力資料的資料庫來仿真參數。根據常年的風場經
4驗，及採樣，已生成擁有相對完整風力資料的資料庫，計算機可以模擬仿真風場參數，做到 在實驗室中就可以實現對主控系統傳送風場中的風速、風向等參數。用時短，模擬風況多， 效率高，控制效果好。測試平臺的作用是模擬風機中的各種控制信息，並且反映風機主控系統信號輸出 的正確性，控制信號主要分為測試平臺模擬的開關量和模擬量。開關量由24V電壓的通斷 表示，模擬量由4-24mA可變電流表示。開關量和模擬量的數量由主控系統決定。如圖3所示，開關量的作用原理如圖3 使用電壓VCC = 24V，用電壓的通斷模擬對 風機主控系統中的開關量進行控制。如下原理圖中所示，當開關Sl閉合UOl = 24V，這是模 擬對主控系統中的控制量輸出信號。U02，U03. . . UOn，原理相同。模擬量的模擬如圖4所示，以AT89S52為核心的控制器，通過A/D轉換器、D/A轉 換器、V/I轉換器及獨特的算法實現了電壓輸入24V直流電，電流輸出可變，範圍為4mA 20mA。該數控直流電流源具有電流可預置，ImA步進，同時顯示輸出電流值。使用標準的4x4 鍵盤，可以實現O 9數字輸入，「 + 」、「_」、「設置」。使用晶片控制，電流可變，效果更加接近 風機中傳感器的實際信號值。仿真效果好。同時，有鍵盤和LCD操作簡單，可視直觀。接收主控系統輸出信號部分採用LED燈顯示，有信號時，相應的燈亮，簡單直觀。 如輸入控制信號，LED燈不顯示，則說明主控系統有錯誤。本發明的風力發電機主控系統實驗室測試平臺具有優勢1、投資花費相對較少，減少測試成本。2、及時檢測出設計主控系統在設計和生產過程中可能出現的問題。3、軟體和測試平臺分開，方便根據需要對測試臺進行二次改造，提高效率。4、方便對設備維護和更新。5、可以同時對多臺主控系統測試，提高效率但是，上述的具體實施方式
只是示例性的，是為了更好的使本領域技術人員能夠 理解本專利，不能理解為是對本專利包括範圍的限制；只要是根據本專利所揭示精神的所 作的任何等同變更或修飾，均落入本專利包括的範圍。
權利要求
一種風力發電機控制系統實驗室測試系統，其特徵在於包括擁有風力資料資料庫的計算機、風機主控系統、測試平臺，所述計算機、測試平臺分別與風機主控系統相連，該測試平臺包括開關量控制電路、模擬量控制電路和接收所述風機主控系統輸出信號的控制電路三部分組成，所述開關量控制電路控制輸出到所述風機主控系統的開關量信號；所述模擬量控制電路控制輸出到所述風機主控系統的模擬量信號。
2.根據權利要求1所述的測試系統，其特徵在於所述開關量控制電路為電源、開關、 電阻組成的若干個串聯電路形成的並聯電路，所述開關的通斷模擬對所述風機主控系統中 的開關量信號進行控制。
3.根據權利要求2所述的測試系統，其特徵在於所述電源的電壓值為24V，所述開關 閉合時，該電壓值為模擬所述風機主控系統的開關量輸出信號。
4.根據權利要求1所述的測試系統，其特徵在於所述模擬量控制電路由單片機 AT89S52、A/D轉換器、D/A轉換器、V/I轉換器、負載、IXD、鍵盤組成。
5.根據權利要求4所述的測試系統，其特徵在於所述模擬量控制電路輸出4-24mA的 可變電流，該可變電流對所述風機主控系統中的模擬量信號進行控制。
6.一種風力發電機控制系統實驗室測試方法，其特徵在於包括以下步驟1)將計算機接入所述風機主控系統，該計算機利用其自身設有的風力資料資料庫模擬 各種風況下的風速與風向等信息，並將模擬信息傳入所述風機主控系統；2)所述測試平臺模擬在各種風況下風機中的多種控制信號，如浪湧保護信號，溫度信 號，發電機加熱器控制信號等等，並將該模擬的控制信號傳送入所述風機主控系統中，風機 主控系統做出相應反應並輸出信號；3)所述風機主控系統做出相應反應後的輸出信號接入所述測試平臺，在所述風機主控 系統對各種輸入信號做出有效處理之後，所述輸出信號在所述測試平臺中經測試，檢測所 述模擬的控制信息的正確性。
7.根據權利要求6所述的測試方法，其特徵在於所述測試平臺包括開關量控制電路、 模擬量控制電路和接收所述風機主控系統輸出信號的控制電路三部分組成，所述開關量控 制電路控制輸出到所述風機主控系統的開關量信號；所述模擬量控制電路控制輸出到所述 風機主控系統的模擬量信號。
8.根據權利要求7所述的測試方法，其特徵在於所述開關量控制電路為電源、開關、 電阻組成的若干個串聯電路形成的並聯電路，所述開關的通斷模擬對所述風機主控系統中 的開關量信號進行控制。
9.根據權利要求8所述的測試方法，其特徵在於所述電源的電壓值為24V，所述開關 閉合時，該電壓值為模擬所述風機主控系統的開關量輸出信號。
10.根據權利要求6所述的測試方法，其特徵在於所述模擬量控制電路由單片機 AT89S52、A/D轉換器、D/A轉換器、V/I轉換器、負載、IXD、鍵盤組成。
全文摘要
本發明公開一種風力發電機控制系統實驗室測試系統及測試方法，該測試系統包括擁有風力資料資料庫的計算機、風機主控系統、測試平臺，計算機、測試平臺分別與風機主控系統相連，該測試平臺包括開關量控制電路、模擬量控制電路和接收風機主控系統輸出信號的控制電路三部分組成，開關量控制電路控制輸出到風機主控系統的開關量信號；模擬量控制電路控制輸出到風機主控系統的模擬量信號。本發明可有效減少成本，提高測試效率，便於設備維護和更新。
文檔編號G05B23/02GK101893891SQ20101023737
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月27日 優先權日2010年7月27日
發明者李玲蓮, 楊傳鑫 申請人:上海卡魯自動化科技有限公司