風電機組整機全功率測試方法及試驗裝置的製作方法

2023-07-19 10:35:11

專利名稱：風電機組整機全功率測試方法及試驗裝置的製作方法
風電機組整機全功率測試方法及試驗裝置
所屬領域
本發明屬於一種設備的檢測試驗方法及試驗裝置，尤其是一種兆瓦級風電機組整機 全功率測試方法及試驗裝置，主要用於實驗室環境下模擬風力發電機組機艙(不包括輪 轂和葉片)在風電場的運行工況，觀lj試風電機組整機的輸出特性。
背景技術：
由於國家大力發展風力發電，鼓勵國產大功率風力發電機組，從引進一消化一吸收 一自主研發過程中，兆瓦級風電機組整機試驗顯得尤為重要，它能驗證新產品的性能、 縮短研製和調試周期，降低產品的故障率，為風電機組的國產化提供保證。在國內，風 電機組各部件的測試方法及試驗裝置己有，暫無在實驗室環境下模擬風電機組整機運行 並進行相應測試的手段和裝置。

發明內容
本發明的目的是針對現有技術的缺陷提供一種風電機組整機全功率測試方法及試驗 裝置，該種測試方法及試驗裝置可以在實驗室內對風電機組整機進行全功率測試。
本發明通過以下技術方案來實現 一種風電機糹且整機全功率試驗測試方法，採用雙 機組能量回饋法進行風電機組整機全功率試驗，即兩套風電機組機艙按背靠背的方式安 裝，其中一套機艙做電動運行(拖動風電機組)、另一套機艙做發電運行(試驗風電機組)。 電網提供的能量通過拖動風電機組側的變流櫃，給拖動電機提供電能，拖動風電機組通 過主軸及聯軸器帶動試驗風電機組運轉，並為試驗風電機組提供所需轉矩；試驗風電機 組產生的電能再通過變流櫃反饋給拖動風電機組。試驗風電機組在不同工況運行時，通 過測試系統檢測出試驗風電機組的輸出特性。'
根據上述風電機組整機全功率試驗測試方法所開發的風電機組整機全功率試驗測試 裝置是 一種風電機組整機全功率試驗平臺，包括兩套風電機組機艙、主電路供電系統、 控制系統、測試系統、輔助系統、兩風電機組的機械安裝設備等。所述的兩套風電機組 機艙中， 一套為做電動運行的拖動風電機組；另一套為做發電運行的試驗風電機組。所述的風電機組機艙包括風力發電機、齒輪箱、主軸、主框架、變流櫃、剎車系統、 偏航系統、水冷系統、油冷系統等。
所述的控制系統採用現場總線控制技術，具備計算機自動控制與按鈕手動控制兩種 操作方式，這兩種操作方式相互獨立；實現試驗平臺的集中統一控制，在本試驗平臺上 實現集中控制風電機組進行試驗。控制系統的功能是實現主電路設備的遠程控制和檢測， 確保主電路供電系統的安全性。
所述的測試系統採用虛擬儀器技術，能在線檢測所有測試數據，同時實現對這些數 據的實時採集、分析和存儲。測試系統主要完成雙饋風力發電機及變流櫃電量檢測、機 組轉速檢測、溫度檢測(包括發電機、變流櫃、齒輪箱、冷卻循環水、油壓泵站、伺服 驅動電機等)、振動檢測(包括機架、齒輪箱、發電機等)、噪聲測試等。
本發明具有如下有益效果
1、 本發明採用雙機組能量回饋法，節約電能；同時兩套風電機組機艙按背靠背的方 式安裝，機械安裝設備簡單，安裝方便快捷；
2、 本發明控制系統採用現場總線控制技術，具有很強的兼容性和可擴展性；
3、 本發明測試系統採用虛擬儀器技術，能在線檢測風電機組的輸出特性參數，包括 機組輸出電能的電壓、電流、最大功率、無功功率、電壓波動、諧波、溫度、振動、機 組轉速等，可完成風電機組轉速與輸出電能間的關係特性曲線，同時實現對這些數據的 實時採集、分析和存儲。


圖1試驗平臺結構總圖
圖2試驗平臺主電路原理圖
圖3試驗平臺控制原理圖
圖4試驗平臺測試原理圖
具體實施例方式
下面將結合附圖和實施例對本發明做進一步的描述。通過附圖1可以看出本發明為一種風電機組整機全功率試驗平臺，釆用雙機組能量 回饋法進行風電機組整機全功率試驗，即兩套風電機組機艙按背靠背的方式安裝，其中 一套機艙做電動運行為拖動風電機組、另一套機艙做發電運行為試驗風電機組。拖動風 電機組內設有變流櫃，變流櫃通過控制電路分別電網和試驗風電機組連接，電網提供的 能量通過拖動風電機組側的變流櫃，給拖動電機提供啟動電能，拖動風電機組通過主軸 及聯軸器帶動試驗風電機組運轉，並為試驗風電機組提供所需轉矩；試驗風電機組產生 的電能再通過變流櫃反饋給拖動風電機組。通過設置試驗風電機組不同工況運行條件， 在通過測試系統檢測出試驗風電機組的輸出特性。
整個風電機組整機全功率試驗裝置包括兩套風電機組機艙、主電路供電系統、控制' 系統、測試系統、輔助系統、兩風電機組的機械安裝設備等。兩套風電機組機艙按背靠 背的方式安裝，' 一套機艙做電動運行為拖動風電機組、另一套機艙做發電運行為試驗風 電機組；兩套風電機組機艙的主軸通過萬向連軸器連接。各系統結構如下
風電機組機艙，包括試驗風電機組機艙1和拖動風電機組機艙13兩套風電機組機艙， 每一套風電機組機艙內都裝有主軸3、主框架4、偏航系統5、齒輪箱6、機械剎車系統8、 液壓冷卻系統9、發電機IO、變流櫃ll、風速風向儀12及其它的輔助設備。兩套風電機 組機艙進行背靠背安裝，見圖l，試驗風電機組機艙1和拖動風電機組機艙13通過萬向 連軸器2安裝連接；主軸3安裝在主框架4內，主軸3與齒輪箱6連接，齒輪箱6又與 發電機10連接；機械剎車系統8安裝在齒輪箱6與發電機10之間，在發電機10旁邊設 有液壓冷卻系統9;變流櫃11安裝在機艙1的尾部；在主框架4下設有偏航系統5。機 艙1的底部為機械安裝工裝7,機械安裝工裝7安裝在試驗風電機組機艙1和拖動風電機 組機艙13共用的試驗平臺上。
試驗時，先採用輔助系統24拖動兩風電機組機艙1和13運轉至機組啟動所需轉速， 兩機組啟動完成後，拖動風電機組13做電動運行，通過萬向連軸器2"拖動試驗風電機組 1運轉，為試驗風電機組1提供試驗所需的轉矩，完成試驗風電機組1的負載試驗。試驗 風電機組1產生的電能通過主電路供電系統21反饋回拖動風電機組機艙13，主電路供電系統提供的電能僅為試驗風電機組機艙1和拖動風電機組機艙13的損耗，既實現了試驗 風電機組機艙1的負載試驗，又節省能量。
所述的主電路系統見圖2，包括主電路供電系統電路21、拖動風電機組電路22、 試驗風電機組電路23、輔助系統電路24。其中拖動風電機組電路22和試驗風電機組電 路23並接於主龜路供電系統電路21，主電路供電系統電路21為拖動風電機組電路22 和試驗風電機組電路23提供電源，在拖動風電機組電路22和試驗風電機組電路23內安 裝有供電電源檢測元件；拖動風電機組電機為試驗風電機組電機提供所需的轉矩，拖動 風電機組電機做電動運行，試驗風電機組電機做發電運行，試驗風電機組電機的電能通 過主電路供電系統電路21反饋回拖動風電機組，所以主電路供電系統電路21提供的電 能僅為拖動風電機組電路22和試驗風電機組電路23的能耗。輔助系統24的功能是在拖 動風電機組和試驗風電機組啟動時，拖動拖動風電機組和試驗風電機組運轉，達到拖動 風電機組和試驗風電機組的啟動轉速，當拖動風'電機組和試驗風電機組啟動成功後，輔 助系統24自動停止運行。試驗風電機組電路23中安裝有試驗電機電量檢測元件、溫度 檢測元件、振動檢測元件、變流器輸出電能檢測元件等，其目的是檢測試驗風電機組試 驗1的運行特性和輸出特性。
所述的控制系統見圖3，採用現場總線控制技術，具備計算機自動控制與按鈕手 動控制兩種操作方式，這兩種操作方式相互獨立；實現試驗平臺的集中統一控制，在本 試驗平臺上實現集中控制風電機組進行試驗。控制系統的功能是實現主電路設備的遠程 控制和檢測，確保主電路供電系統的安全性。其中，數據採集計算機41見圖4，控制操 作計算機31作為人機接口相連，主要完成指令發送、狀態監視及試驗數據存儲功能，實 現試驗平臺的集中統一控制；控制操作計算機31分別與可編程控制器32、拖動風電機組 主控制器33和試驗風電機組主控制器34連接，可編程控制器32、拖動風電機組主控制 器33和試驗風電機組主控制器34又分別連接有第一控制量35、第二控制量36和第三控 制量37。可編程控制器32主要完成試驗平臺的開關分斷、邏輯連鎖、安全鏈控制；拖動 風電機組主控制器33主要完成拖動風電機組的運行控制，試驗風電機組主控制器34主
8要完成試驗風電機組的運行控制，通過現場總線和計算機網絡技術，實現數據釆集計算 機41、可編程控制器32、拖動風電機組主控制器33、試驗風電機組主控制器34與控制 操作計算機31之間的數據通訊和現場實時控制的有機組合。所述的測試系統見圖4，是一套計算機測試系統，包括數據採集計算機41、數據 採集設備42、電機功率分析設備43和溫度檢測設備44幾部分。其中，數據採集計算機 41分別通過電線與數據採集設備42、電機功率分析設備43和溫度檢測設備44電連接， 而數據採集設備42與電量檢測元件45通過電線電連接；電機功率分析設備43則同時與 電量檢測元件46和轉速檢測元件47通過電線電連接；溫度檢測設備44則通過電線與溫 度檢測元件48電連接。數據採集設備42、電機功率分析設備43和溫度檢測設備44主要 完成試驗發電機電參數的檢測、變流器輸出電參數的檢測、試驗風電機組輸出電參數的 檢測、電網輸入電參數的檢測、風電機組溫度檢測和水壓、油壓等參數的檢測、分析，口 存儲，並將分析結果數據統一由數據採集計算機41匯總後以Ethernet通訊的方式上傳至 控制操作計算機31進行數據的存儲和試驗報表的生成、列印等。數據採集計算機41主 要完成數據採集設備42、電機功率分析設備43和溫度檢測設備44的統一管理、數據分 析和存儲，並將分析結果數據上傳至控制操作計算機31;所述的數據採集設備42為基於 PXI總線設計的32路高速數據採集設備，主要完成變流器輸出電參數的檢測、試驗風電 機組輸出電參數的檢測、電網輸入電參數的檢測、風電機組溫度檢測和水壓、油壓等參 數的檢測；所述的電機功率分析設備43為嵌入式雙繞組電機功率分析設備，主要完成試 驗發電機雙繞組的電壓和電流、轉矩、轉速採集，分析試驗發電機電能的相位、相序、 電壓電流不平衡度、畸變率、諧波、有功、無功、效率等；所述的溫度檢測設備44為試 驗風電機組運行溫度檢測設備，主要完成齒輪箱去水溫度、回水溫度、軸承溫度、齒輪 油溫度；發電機U相線圈溫度、V相線圈溫度、W相線圈溫度、DE軸承溫度、'NDE軸 承溫度；機艙櫃內溫度、線路扼流溫度、發電機扼流溫度、變流櫃櫃內溫度、電源櫃櫃 內溫度、控制櫃櫃內溫度、環境溫度等溫度信號的測量。
權利要求
1、一種風電機組整機全功率測試方法，其特徵在於採用雙機組能量回饋法進行風電機組整機全功率試驗，將兩套風電機組機艙按背靠背的方式安裝，其中一套機艙做電動運行為拖動風電機組、另一套機艙做發電運行為試驗風電機組；電網提供的能量通過拖動風電機組側的變流櫃，給拖動電機提供電能，拖動風電機組通過主軸及聯軸器帶動試驗風電機組運轉，並為試驗風電機組提供所需轉矩；試驗風電機組產生的電能再通過變流櫃反饋給拖動風電機組；試驗風電機組在不同工況運行時，通過測試系統檢測出試驗風電機組的輸出特性。
2、 如權利要求2所述的風電機組整機全功率測試方法，其特徵在於所述的風電機組整 機全功率試驗是先採用輔助系統拖動兩風電機組機艙運轉至機組啟動所需轉速，兩機 組啟動完成後，拖動風電機組做電動運行，拖動風電機組通過萬向連軸器拖動試驗風 電機組運轉，為提供試驗所需的轉矩，完成的負載試驗；試驗風電機組產生的電能通 過主電路供電系統反饋回拖動兩風電機組機艙。
3、 一種實驗室內風電機組整機全功率測試裝置，其特徵在於風電機組整機全功率試驗 裝置包括兩套風電機組機艙、主電路供電系統、控制系統、測試系統、輔助系統、兩 風電機組的機械安裝設備；兩套風電機組機艙中一套風電機組機艙做電動運行為拖動 風電機組、另一套風電機組機艙做發電運行為試驗風電機組；兩套風電機組機艙相互 背靠背的方式安裝，通過萬向連軸器連接。
4、 如權利要求1所述的實驗室內風電機組整機全功率測試裝置，其特徵在於所述的風 電機組機艙，包括試驗風電機組機艙和拖動風電機組機艙兩套風電機組機艙，每一套 風電機組機艙內都裝有主軸、主框架、偏航系統、齒輪箱、機械剎車系統、液壓冷卻 系統、發電機、變流櫃、風速風向儀及其它的輔助設備；兩套風電機組機艙進行背靠 背安裝，試驗風電機組機艙和拖動風電機組機艙通過萬向連軸器安裝連接。
5、 如權利要求2所述的實驗室內風電機組整機全功率測試裝置，其特徵在於所述的主 軸安裝在主框架內，主軸與齒輪箱連接，齒輪箱又與發電機連接；機械剎車系統安裝在齒輪箱與發電機之間，在發電機旁邊設有液壓冷卻系統；變流櫃安裝在機艙的尾部; 在主框架下設有偏航系統。
6、 如權利要求2所述的實驗室內風電機組整機全功率測試裝置，其特徵在於所述的機 艙的底部為機械安裝工裝，機械安裝工裝安裝在試驗風電機組機艙和拖動風電機組機 艙共用的試驗平臺上。
7、 如權利要求1所述的實驗室內風電機組整機全功率測試裝置，其特徵在於所述的所 述的主電路系統包括主電路供電系統電路、拖動風電機組電路、試驗風電機組電路、 輔助系統電路；其中拖動風電機組電路和試驗風電機組電路並接於主電路供電系統電 路，主電路供電系統電路為拖動風電機組電路和試驗風電機組電路提供電源，在拖動 風電機組電路和試驗風電機組電路'內安裝有供電電源檢測元件；拖動風電機組電機為 試驗風電機組電機提供所需的轉矩，拖動風電機組電機做電動運行，試驗風電機組電 機做發電運行，試驗風電機組電機的電能通過主電路供電系統電路反饋回拖動風電機 組；試驗風電機組電路中安裝有試驗電機電量檢測元件、溫度檢測元件、振動檢測元 件、變流器輸出電能檢測元件。
8、 如權利要求2所述的實驗室內風電機組整機全功率測試裝置，其特徵在於:、所述的控 制系統採用現場總線控制技術，具備計算機自動控制與按鈕手動控制兩種操作方式， 這兩種操作方式相互獨立；其中，數據採集計算機與控制操作計算機作為人機接口相 連；控制操作計算機分別與可編程控制器、拖動風電機組主控制器和試驗風電機組主 控制器連接，可編程控制器、拖動風電機組主控制器和試驗風電機組主控制器又分別 連接有第一控制量、第二控制量和第三控制量。
9、 如權利要求2所述的實驗室內風電機組整機全功率測試裝置，其特徵在於所述的測 試系統是一套計算機測試系統，包括數據採集計算機、數據採集設備、電機功率分析 設備和溫度檢測設備幾部分；其中，數據採集計算機分別通過電線與數據採集設備、 電機功率分析設備禾財顯度檢測設備電連接，而數據採集設備與電量檢測元件通過電線電連接；電機功率分析設備則同時與電量檢測元件和轉速檢測元件通過電線電連接；溫度檢測設備則通過電線與溫度檢測元件電連接。
10、如權利要求7所述的實驗室內風電機組整機全功率測試裝置，其特徵在於所述的 數據採集設備為基於PXI總線設計的32路高速數據採集設備；所述的電機功率分析 設備為嵌入式雙繞組電機功率分析設備；所述的溫度檢測設備為試驗風電機組運行溫 度檢測設備。
全文摘要
風電機組整機全功率測試方法及試驗裝置，採用雙機組能量回饋法進行風電機組整機全功率試驗，將兩套風電機組機艙按背靠背的方式安裝，其中一套機艙做電動運行為拖動風電機組、另一套機艙做發電運行為試驗風電機組；電網提供的能量通過拖動風電機組側的變流櫃，給拖動電機提供電能，拖動風電機組通過主軸及聯軸器帶動試驗風電機組運轉，並為試驗風電機組提供所需轉矩；試驗風電機組產生的電能再通過變流櫃反饋給拖動風電機組；試驗風電機組在不同工況運行時，通過測試系統檢測出試驗風電機組的輸出特性。本發明採用雙機組能量回饋法，節約電能；同時兩套風電機組機艙按背靠背的方式安裝，機械安裝設備簡單，安裝方便快捷；並由於採用現場總線控制技術，具有很強的兼容性和可擴展性；同時本發明測試系統採用虛擬儀器技術，能在線檢測風電機組的輸出特性參數。
文檔編號G01R31/34GK101629990SQ200910044129
公開日2010年1月20日 申請日期2009年8月17日 優先權日2009年8月17日
發明者嶽 佘, 偉 葉, 唐建平, 歐陽華, 王立鵬, 董紅雲, 智 譚, 勝 谷, 鄭錫芳, 郭知彼, 阮向豔 申請人:南車株洲電力機車研究所有限公司