专利名称：风电机组整机全功率测试方法及试验装置的制作方法
风电机组整机全功率测试方法及试验装置
所属领域
本发明属于一种设备的检测试验方法及试验装置，尤其是一种兆瓦级风电机组整机 全功率测试方法及试验装置，主要用于实验室环境下模拟风力发电机组机舱(不包括轮 毂和叶片)在风电场的运行工况，观lj试风电机组整机的输出特性。
背景技术：
由于国家大力发展风力发电，鼓励国产大功率风力发电机组，从引进一消化一吸收 一自主研发过程中，兆瓦级风电机组整机试验显得尤为重要，它能验证新产品的性能、 縮短研制和调试周期，降低产品的故障率，为风电机组的国产化提供保证。在国内，风 电机组各部件的测试方法及试验装置己有，暂无在实验室环境下模拟风电机组整机运行 并进行相应测试的手段和装置。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷提供一种风电机组整机全功率测试方法及试验 装置，该种测试方法及试验装置可以在实验室内对风电机组整机进行全功率测试。
本发明通过以下技术方案来实现 一种风电机纟且整机全功率试验测试方法，采用双 机组能量回馈法进行风电机组整机全功率试验，即两套风电机组机舱按背靠背的方式安 装，其中一套机舱做电动运行(拖动风电机组)、另一套机舱做发电运行(试验风电机组)。 电网提供的能量通过拖动风电机组侧的变流柜，给拖动电机提供电能，拖动风电机组通 过主轴及联轴器带动试验风电机组运转，并为试验风电机组提供所需转矩；试验风电机 组产生的电能再通过变流柜反馈给拖动风电机组。试验风电机组在不同工况运行时，通 过测试系统检测出试验风电机组的输出特性。'
根据上述风电机组整机全功率试验测试方法所开发的风电机组整机全功率试验测试 装置是 一种风电机组整机全功率试验平台，包括两套风电机组机舱、主电路供电系统、 控制系统、测试系统、辅助系统、两风电机组的机械安装设备等。所述的两套风电机组 机舱中， 一套为做电动运行的拖动风电机组；另一套为做发电运行的试验风电机组。所述的风电机组机舱包括风力发电机、齿轮箱、主轴、主框架、变流柜、刹车系统、 偏航系统、水冷系统、油冷系统等。
所述的控制系统采用现场总线控制技术，具备计算机自动控制与按钮手动控制两种 操作方式，这两种操作方式相互独立；实现试验平台的集中统一控制，在本试验平台上 实现集中控制风电机组进行试验。控制系统的功能是实现主电路设备的远程控制和检测， 确保主电路供电系统的安全性。
所述的测试系统采用虚拟仪器技术，能在线检测所有测试数据，同时实现对这些数 据的实时采集、分析和存储。测试系统主要完成双馈风力发电机及变流柜电量检测、机 组转速检测、温度检测(包括发电机、变流柜、齿轮箱、冷却循环水、油压泵站、伺服 驱动电机等)、振动检测(包括机架、齿轮箱、发电机等)、噪声测试等。
本发明具有如下有益效果
1、 本发明采用双机组能量回馈法，节约电能；同时两套风电机组机舱按背靠背的方 式安装，机械安装设备简单，安装方便快捷；
2、 本发明控制系统采用现场总线控制技术，具有很强的兼容性和可扩展性；
3、 本发明测试系统采用虚拟仪器技术，能在线检测风电机组的输出特性参数，包括 机组输出电能的电压、电流、最大功率、无功功率、电压波动、谐波、温度、振动、机 组转速等，可完成风电机组转速与输出电能间的关系特性曲线，同时实现对这些数据的 实时采集、分析和存储。
图1试验平台结构总图
图2试验平台主电路原理图
图3试验平台控制原理图
图4试验平台测试原理图
具体实施例方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。通过附图1可以看出本发明为一种风电机组整机全功率试验平台，釆用双机组能量 回馈法进行风电机组整机全功率试验，即两套风电机组机舱按背靠背的方式安装，其中 一套机舱做电动运行为拖动风电机组、另一套机舱做发电运行为试验风电机组。拖动风 电机组内设有变流柜，变流柜通过控制电路分别电网和试验风电机组连接，电网提供的 能量通过拖动风电机组侧的变流柜，给拖动电机提供启动电能，拖动风电机组通过主轴 及联轴器带动试验风电机组运转，并为试验风电机组提供所需转矩；试验风电机组产生 的电能再通过变流柜反馈给拖动风电机组。通过设置试验风电机组不同工况运行条件， 在通过测试系统检测出试验风电机组的输出特性。
整个风电机组整机全功率试验装置包括两套风电机组机舱、主电路供电系统、控制' 系统、测试系统、辅助系统、两风电机组的机械安装设备等。两套风电机组机舱按背靠 背的方式安装，' 一套机舱做电动运行为拖动风电机组、另一套机舱做发电运行为试验风 电机组；两套风电机组机舱的主轴通过万向连轴器连接。各系统结构如下
风电机组机舱，包括试验风电机组机舱1和拖动风电机组机舱13两套风电机组机舱， 每一套风电机组机舱内都装有主轴3、主框架4、偏航系统5、齿轮箱6、机械刹车系统8、 液压冷却系统9、发电机IO、变流柜ll、风速风向仪12及其它的辅助设备。两套风电机 组机舱进行背靠背安装，见图l，试验风电机组机舱1和拖动风电机组机舱13通过万向 连轴器2安装连接；主轴3安装在主框架4内，主轴3与齿轮箱6连接，齿轮箱6又与 发电机10连接；机械刹车系统8安装在齿轮箱6与发电机10之间，在发电机10旁边设 有液压冷却系统9;变流柜11安装在机舱1的尾部；在主框架4下设有偏航系统5。机 舱1的底部为机械安装工装7,机械安装工装7安装在试验风电机组机舱1和拖动风电机 组机舱13共用的试验平台上。
试验时，先采用辅助系统24拖动两风电机组机舱1和13运转至机组启动所需转速， 两机组启动完成后，拖动风电机组13做电动运行，通过万向连轴器2"拖动试验风电机组 1运转，为试验风电机组1提供试验所需的转矩，完成试验风电机组1的负载试验。试验 风电机组1产生的电能通过主电路供电系统21反馈回拖动风电机组机舱13，主电路供电系统提供的电能仅为试验风电机组机舱1和拖动风电机组机舱13的损耗，既实现了试验 风电机组机舱1的负载试验，又节省能量。
所述的主电路系统见图2，包括主电路供电系统电路21、拖动风电机组电路22、 试验风电机组电路23、辅助系统电路24。其中拖动风电机组电路22和试验风电机组电 路23并接于主龟路供电系统电路21，主电路供电系统电路21为拖动风电机组电路22 和试验风电机组电路23提供电源，在拖动风电机组电路22和试验风电机组电路23内安 装有供电电源检测元件；拖动风电机组电机为试验风电机组电机提供所需的转矩，拖动 风电机组电机做电动运行，试验风电机组电机做发电运行，试验风电机组电机的电能通 过主电路供电系统电路21反馈回拖动风电机组，所以主电路供电系统电路21提供的电 能仅为拖动风电机组电路22和试验风电机组电路23的能耗。辅助系统24的功能是在拖 动风电机组和试验风电机组启动时，拖动拖动风电机组和试验风电机组运转，达到拖动 风电机组和试验风电机组的启动转速，当拖动风'电机组和试验风电机组启动成功后，辅 助系统24自动停止运行。试验风电机组电路23中安装有试验电机电量检测元件、温度 检测元件、振动检测元件、变流器输出电能检测元件等，其目的是检测试验风电机组试 验1的运行特性和输出特性。
所述的控制系统见图3，采用现场总线控制技术，具备计算机自动控制与按钮手 动控制两种操作方式，这两种操作方式相互独立；实现试验平台的集中统一控制，在本 试验平台上实现集中控制风电机组进行试验。控制系统的功能是实现主电路设备的远程 控制和检测，确保主电路供电系统的安全性。其中，数据采集计算机41见图4，控制操 作计算机31作为人机接口相连，主要完成指令发送、状态监视及试验数据存储功能，实 现试验平台的集中统一控制；控制操作计算机31分别与可编程控制器32、拖动风电机组 主控制器33和试验风电机组主控制器34连接，可编程控制器32、拖动风电机组主控制 器33和试验风电机组主控制器34又分别连接有第一控制量35、第二控制量36和第三控 制量37。可编程控制器32主要完成试验平台的开关分断、逻辑连锁、安全链控制；拖动 风电机组主控制器33主要完成拖动风电机组的运行控制，试验风电机组主控制器34主
8要完成试验风电机组的运行控制，通过现场总线和计算机网络技术，实现数据釆集计算 机41、可编程控制器32、拖动风电机组主控制器33、试验风电机组主控制器34与控制 操作计算机31之间的数据通讯和现场实时控制的有机组合。所述的测试系统见图4，是一套计算机测试系统，包括数据采集计算机41、数据 采集设备42、电机功率分析设备43和温度检测设备44几部分。其中，数据采集计算机 41分别通过电线与数据采集设备42、电机功率分析设备43和温度检测设备44电连接， 而数据采集设备42与电量检测元件45通过电线电连接；电机功率分析设备43则同时与 电量检测元件46和转速检测元件47通过电线电连接；温度检测设备44则通过电线与温 度检测元件48电连接。数据采集设备42、电机功率分析设备43和温度检测设备44主要 完成试验发电机电参数的检测、变流器输出电参数的检测、试验风电机组输出电参数的 检测、电网输入电参数的检测、风电机组温度检测和水压、油压等参数的检测、分析，口 存储，并将分析结果数据统一由数据采集计算机41汇总后以Ethernet通讯的方式上传至 控制操作计算机31进行数据的存储和试验报表的生成、打印等。数据采集计算机41主 要完成数据采集设备42、电机功率分析设备43和温度检测设备44的统一管理、数据分 析和存储，并将分析结果数据上传至控制操作计算机31;所述的数据采集设备42为基于 PXI总线设计的32路高速数据采集设备，主要完成变流器输出电参数的检测、试验风电 机组输出电参数的检测、电网输入电参数的检测、风电机组温度检测和水压、油压等参 数的检测；所述的电机功率分析设备43为嵌入式双绕组电机功率分析设备，主要完成试 验发电机双绕组的电压和电流、转矩、转速采集，分析试验发电机电能的相位、相序、 电压电流不平衡度、畸变率、谐波、有功、无功、效率等；所述的温度检测设备44为试 验风电机组运行温度检测设备，主要完成齿轮箱去水温度、回水温度、轴承温度、齿轮 油温度；发电机U相线圈温度、V相线圈温度、W相线圈温度、DE轴承温度、'NDE轴 承温度；机舱柜内温度、线路扼流温度、发电机扼流温度、变流柜柜内温度、电源柜柜 内温度、控制柜柜内温度、环境温度等温度信号的测量。
权利要求
1、一种风电机组整机全功率测试方法，其特征在于采用双机组能量回馈法进行风电机组整机全功率试验，将两套风电机组机舱按背靠背的方式安装，其中一套机舱做电动运行为拖动风电机组、另一套机舱做发电运行为试验风电机组；电网提供的能量通过拖动风电机组侧的变流柜，给拖动电机提供电能，拖动风电机组通过主轴及联轴器带动试验风电机组运转，并为试验风电机组提供所需转矩；试验风电机组产生的电能再通过变流柜反馈给拖动风电机组；试验风电机组在不同工况运行时，通过测试系统检测出试验风电机组的输出特性。
2、 如权利要求2所述的风电机组整机全功率测试方法，其特征在于所述的风电机组整 机全功率试验是先采用辅助系统拖动两风电机组机舱运转至机组启动所需转速，两机 组启动完成后，拖动风电机组做电动运行，拖动风电机组通过万向连轴器拖动试验风 电机组运转，为提供试验所需的转矩，完成的负载试验；试验风电机组产生的电能通 过主电路供电系统反馈回拖动两风电机组机舱。
3、 一种实验室内风电机组整机全功率测试装置，其特征在于风电机组整机全功率试验 装置包括两套风电机组机舱、主电路供电系统、控制系统、测试系统、辅助系统、两 风电机组的机械安装设备；两套风电机组机舱中一套风电机组机舱做电动运行为拖动 风电机组、另一套风电机组机舱做发电运行为试验风电机组；两套风电机组机舱相互 背靠背的方式安装，通过万向连轴器连接。
4、 如权利要求1所述的实验室内风电机组整机全功率测试装置，其特征在于所述的风 电机组机舱，包括试验风电机组机舱和拖动风电机组机舱两套风电机组机舱，每一套 风电机组机舱内都装有主轴、主框架、偏航系统、齿轮箱、机械刹车系统、液压冷却 系统、发电机、变流柜、风速风向仪及其它的辅助设备；两套风电机组机舱进行背靠 背安装，试验风电机组机舱和拖动风电机组机舱通过万向连轴器安装连接。
5、 如权利要求2所述的实验室内风电机组整机全功率测试装置，其特征在于所述的主 轴安装在主框架内，主轴与齿轮箱连接，齿轮箱又与发电机连接；机械刹车系统安装在齿轮箱与发电机之间，在发电机旁边设有液压冷却系统；变流柜安装在机舱的尾部; 在主框架下设有偏航系统。
6、 如权利要求2所述的实验室内风电机组整机全功率测试装置，其特征在于所述的机 舱的底部为机械安装工装，机械安装工装安装在试验风电机组机舱和拖动风电机组机 舱共用的试验平台上。
7、 如权利要求1所述的实验室内风电机组整机全功率测试装置，其特征在于所述的所 述的主电路系统包括主电路供电系统电路、拖动风电机组电路、试验风电机组电路、 辅助系统电路；其中拖动风电机组电路和试验风电机组电路并接于主电路供电系统电 路，主电路供电系统电路为拖动风电机组电路和试验风电机组电路提供电源，在拖动 风电机组电路和试验风电机组电路'内安装有供电电源检测元件；拖动风电机组电机为 试验风电机组电机提供所需的转矩，拖动风电机组电机做电动运行，试验风电机组电 机做发电运行，试验风电机组电机的电能通过主电路供电系统电路反馈回拖动风电机 组；试验风电机组电路中安装有试验电机电量检测元件、温度检测元件、振动检测元 件、变流器输出电能检测元件。
8、 如权利要求2所述的实验室内风电机组整机全功率测试装置，其特征在于:、所述的控 制系统采用现场总线控制技术，具备计算机自动控制与按钮手动控制两种操作方式， 这两种操作方式相互独立；其中，数据采集计算机与控制操作计算机作为人机接口相 连；控制操作计算机分别与可编程控制器、拖动风电机组主控制器和试验风电机组主 控制器连接，可编程控制器、拖动风电机组主控制器和试验风电机组主控制器又分别 连接有第一控制量、第二控制量和第三控制量。
9、 如权利要求2所述的实验室内风电机组整机全功率测试装置，其特征在于所述的测 试系统是一套计算机测试系统，包括数据采集计算机、数据采集设备、电机功率分析 设备和温度检测设备几部分；其中，数据采集计算机分别通过电线与数据采集设备、 电机功率分析设备禾財显度检测设备电连接，而数据采集设备与电量检测元件通过电线电连接；电机功率分析设备则同时与电量检测元件和转速检测元件通过电线电连接；温度检测设备则通过电线与温度检测元件电连接。
10、如权利要求7所述的实验室内风电机组整机全功率测试装置，其特征在于所述的 数据采集设备为基于PXI总线设计的32路高速数据采集设备；所述的电机功率分析 设备为嵌入式双绕组电机功率分析设备；所述的温度检测设备为试验风电机组运行温 度检测设备。
全文摘要
风电机组整机全功率测试方法及试验装置，采用双机组能量回馈法进行风电机组整机全功率试验，将两套风电机组机舱按背靠背的方式安装，其中一套机舱做电动运行为拖动风电机组、另一套机舱做发电运行为试验风电机组；电网提供的能量通过拖动风电机组侧的变流柜，给拖动电机提供电能，拖动风电机组通过主轴及联轴器带动试验风电机组运转，并为试验风电机组提供所需转矩；试验风电机组产生的电能再通过变流柜反馈给拖动风电机组；试验风电机组在不同工况运行时，通过测试系统检测出试验风电机组的输出特性。本发明采用双机组能量回馈法，节约电能；同时两套风电机组机舱按背靠背的方式安装，机械安装设备简单，安装方便快捷；并由于采用现场总线控制技术，具有很强的兼容性和可扩展性；同时本发明测试系统采用虚拟仪器技术，能在线检测风电机组的输出特性参数。
文档编号G01R31/34GK101629990SQ200910044129
公开日2010年1月20日 申请日期2009年8月17日 优先权日2009年8月17日
发明者岳 佘, 伟 叶, 唐建平, 欧阳华, 王立鹏, 董红云, 智 谭, 胜 谷, 郑锡芳, 郭知彼, 阮向艳 申请人:南车株洲电力机车研究所有限公司