CN101685139A

CN101685139A - 大型永磁直驱风力发电机组仿真测试系统

Info

Publication number: CN101685139A
Application number: CN200810200679A
Authority: CN
Inventors: 贾大江
Original assignee: WANDE WIND POWER GENERATION CO Ltd SHANGHAI
Current assignee: WANDE WIND POWER GENERATION CO Ltd SHANGHAI
Priority date: 2008-09-27
Filing date: 2008-09-27
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2028-09-27
Also published as: CN101685139B

Abstract

本发明涉及大型永磁直驱风力发电机组仿真测试系统，包括变频调速器、拖动电动机、减速器、永磁发电机、并网逆变器、机组控制器、与外部电网电连接的局域电网以及调测控制器，所述的变频调速器、拖动电动机、减速器、永磁发电机、并网逆变器以及局域电网依次电连接，该局域电网还与机组控制器、变频调速器电连接，所述的机组控制器与永磁发电机、并网逆变器控制连接，所述的调测控制器与变频调速器、拖动电动机、减速器、永磁发电机、并网逆变器、局域电网以及外部电网控制连接。本发明极大的促进了我国大型风电机组的研制水平，大大加快产品研发的速度以及对产品质量的判定水平，大大提高大型风电机组质量评价的一致性、科学性和公正性。

Description

大型永磁直驱风力发电机组仿真测试系统

技术领域

本发明涉及风力发电机组的测试系统，特别是涉及一种大型永磁直驱风力发电机组仿真测试系统。

背景技术

目前国内双馈异步机组的电机试验，一般都是生产厂采用两台双馈机背对背对拖来进行电机试验，而永磁直驱机目前都是从国外引进的许可证，也是采用两台机对拖，只是增加了两台上网逆变器，这种方法对数据的准确程度和风力发电机全转速情况下的仿真还是有缺点的，不能准确反应机组全工况。

由于大型风力发电机组是在野外使用的架在数十米高空的大型设备，它在不同外部条件下的全工况过程一般可能会非常慢长，所以单靠在现场检测和评估风电机组整机质量，不但周期长，而且在现场检测中发现的缺陷已经很难进行补救，现场测试方式存在严重不足。

目前国内包扩永磁直驱机组、双馈异步机组、异步机组等大型风电机组的全工况仿真测试及评估技术，仿真实验平台，均属空白。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种大型永磁直驱风力发电机组仿真测试系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：大型永磁直驱风力发电机组仿真测试系统，其特征在于，包括变频调速器、拖动电动机、减速器、永磁发电机、并网逆变器、机组控制器、与外部电网电连接的局域电网以及调测控制器，所述的变频调速器、拖动电动机、减速器、永磁发电机、并网逆变器以及局域电网依次电连接，该局域电网还与机组控制器、变频调速器电连接，所述的机组控制器与永磁发电机、并网逆变器控制连接，所述的调测控制器与变频调速器、拖动电动机、减速器、永磁发电机、并网逆变器、局域电网以及外部电网控制连接。

本发明还包括固定平台，所述的变频调速器、拖动电动机、减速器、永磁发电机、并网逆变器、机组控制器、局域电网以及调测控制器均固定于固定平台上。

与现有技术相比，本发明极大的促进了我国大型永磁风电机组的研制水平，大大加快产品研发的速度以及对产品质量的判定水平；为大型永磁风电生产企业提供了机组测试平台，建立有效的产品质量控制手段；还可为国内质量认证和质量监督检测部门提供对大型永磁风电机组性能测试和质量认证的方法和手段，能大大提高大型永磁风电机组质量评价的一致性、科学性和公正性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中：→表示能量流，→、表示信息流。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，大型永磁直驱风力发电机组仿真测试系统，包括变频调速器1、拖动电动机2、减速器3、永磁发电机4、并网逆变器5、机组控制器6、与外部电网7电连接的局域电网8以及调测控制器9，所述的变频调速器1、拖动电动机2、减速器3、永磁发电机4、并网逆变器5以及局域电网8依次电连接，该局域电网8还与机组控制器6、变频调速器1电连接，所述的机组控制器6与永磁发电机4、并网逆变器5控制连接，所述的调测控制器9与变频调速器1、拖动电动机2、减速器3、永磁发电机4、并网逆变器5、局域电网8以及外部电网7控制连接。

本发明还包括固定平台10，所述的变频调速器1、拖动电动机2、减速器3、永磁发电机4、并网逆变器5、机组控制器6、局域电网8以及调测控制器9均固定于固定平台10上。

本发明的工作原理：

本试验平台由大功率三相电源为动力源。由变频调速器、拖动电动机、减速机，永磁发电机、调测控制器、机组控制器、并网逆变器、各种传感器和模拟负载等共同组成。按图1所示，固定在一个试验平台上。

能仿真永磁直驱风力发电机组风速3m/s～30m/范围内的工作状况，能够进行全工况下各部件运行状况的监测分析、显示和运行控制。

能够仿真永磁直驱风力发电机组起动、并网发电、满负荷运行、功率调节、超载控制、切出脱网、刹车等全部工作过程。能测试机组全工况机械和电气性能。

能够仿真风况突变下的机组的机械和电气性能。

能进行机组功率特性、温升、各种保护功能等项目的测试。

风电机组全工况仿真应包括两方面的内容，即风况、电网、气候环境等外部条件的仿真和全部工作状态的仿真。

风况、电网、气候环境等外部条件的仿真就是在试验室里，人工创造与风电机组工作所处的各种环境相同的高低温、湿度等气候环境条件；人工创造与风电机组工作所处的电网条件相同的局域电网条件。这些条件可以利用高低温可控试验室和局域电网进行模拟和仿真。

风电机组工作状态仿真就是要在试验室里人工创造与风电机组在野外实际工作状态基本相同的运行过程，以便能在试验室里观察到风电机组在野外实际工作的工作状态，测取到真实的技术参数。

我们在参考国内外同行的资料和总结我们的实践经验的基础上，设计出一种在大型试验室里使用的风电机组全工况仿真系统。

本风电机组全工况仿真系统的部件除风轮、塔架之外，其余所有部件直接采用真实的风电机组的部件作为全工况仿真系统的部件。例如齿轮箱、发电机、机组控制器、变流器、逆变器等部件都采用将要被测试的真实部件。

具体永磁直驱仿真试验测试平台的构成及工作原理，可参看图1。

本实施例的构成：

(1)变频调速器(ABB)功率2000KW；

(2)拖动电动机功率2000KW；

(3)减速器(齿轮箱)功率2000KW；

(4)被测永磁发电机功率1000～1500KW；

(5)被测机组控制器功率1000～1500KW；

(6)被测并网逆变器功率1000～1500KW；

(7)调测控制器功率1500KW；

(8)局域电网功率2000KW；

(9)固定平台

这种系统除风轮气动特性和塔架性能无法仿真外，可以非常真实地测试出风电机组其他各部件的全工况机械和电气性能技术参数，能验证风电机组功率特性，能考核部件间的匹配关系。

由于巨大的风轮无法照搬到试验室内，而且除巨型风洞之外，也无法人工制造大规模风能。利用风洞不单造价高，而且风洞除能测风轮的气动特性之外，对于风电机组其他部件的工作状态、技术参数测试并不是不可缺少的。所以用巨型风洞仿真是不现实的，也无必要。

通过分析，我们知道风轮的主要功能有两个，一是捕获风能，将风的动能转化为机械能。二是以机械传动的方式驱动发电机产生电能。

假如我们先只考虑风轮以械传动的方式驱动发电机产生电能的功能，我们就可以在试验室设计出内具有大功率、大扭矩、低转速的风轮模拟装置，该风轮模拟装置可以利用将风轮转速换算成风速的方式，真实地再现风轮的实际工作状态，可以满足风电机组仿真测试的需要。

不论何种型式的风机，其风轮转速都与风速有一个固有的函数关系，这一函数关系在机组设计时就已确定。研究利用这一函数关系，以风轮转速换算成风速的方式，可建立起仿真风速在2m/s～30m/s范围内，风力发电机组起动、并网发电、满负荷运行、功率调节、超载控制、脱网、刹车等全部工作过程的仿真系统。

如果我们再进一步按照风速、风轮转速、风轮的风功率、风轮的输出功率和风轮轴功率之间的函数关系，对相关技术参数进行科学的计算，我们就能获得非常真实的风电机组功率特性技术参数。

风轮模拟装置的设计及与其他部件的匹配问题是本课题的主要技术难点。建立风轮模拟器是硬件建设的关键之一。

另外要建立环境条件和电网等外部条件仿真模型。需要充分研究分析我国风电场的温度、湿度，风速、电网等外部条件的情况。研究分析我国永磁风机各种典型故障及故障处置仿真模型开发仿真软件和仿真执行机构。

同时本仿真测试系统是永磁主流机组的通用测试系统，还需解决更换不同测试机组及部件的方式方法问题。

系统主要技术参数：

由于目前和今后几年内，我国主流永磁机型的功率将以1～1.5MW为主，仿真试验平台的功率为1.5MW就能基本满足需要，所以计划建设1.5MW全工况仿真试验平台1座，能满足1500KW以下的永磁直驱机组、及部件的全工况机械和电气性能测试和评价，但塔架性能和风轮的空气动力特性除外。

整机全工况机械和电气性能测试要求，并可对电机、机组控制器、变流器、逆变器等关键部件性能进行测试。

能在不同的环境条件和电网等外部条件下仿真风机的切入并网、切出脱网、正常运行、超载、功率调解、保护、停机等所有功能和运行状况，能测试机组全工况机械和电气性能。

本测试平台具有可调节安装固定系统，能安装大小不同，轴中心高不同、直径不同的1.5MW以下大型并网风机机组的各部件。

本测试平台具有温度控制与调节能力，能分别对不同部件进行不同温度下运行与保护功能的测试；能利用风扇吹风测试电机等温升状况。

本测试平台可仿真测试永磁风力机组整机及分别测试永磁发电机、并网逆变器和机组控制器的工作特性。

本实施例的主要技术指标：

吊装能力：75吨

功率范围：可测1000～1500KW大型并网永磁风力机组

环境温度可调控范围：-200C～400C

风轮转速范围：0～30r/min(模拟风速范围2m/s-30m/s)

转矩测量精度高于：1％

可测量49次以下谐波

电流、电压、功率因数测试精度：5‰

温度测量精度：±0.5℃

本实施例可以进行直接力矩测试，对被测电机的基座联接处以专门的力传感器可直接测取力矩。对于功率、力矩、转速、上网情况及功率因数等动态参数，匀可直接测取。

本仿真测试系统是永磁主流机组的通用测试系统，设计了风轮模拟仿真机构。这种风轮模拟仿真机构均具有大功率、大扭矩、低转速的风轮模拟能力，可控转速范围0～30r/min。该风轮模拟仿真机构可以利用将风轮转速换算成风速的方式，真实地再现风轮的实际工作状态，可以满足风电机组机械和电气性能仿真测试需要。

永磁直驱机组风轮模拟仿真机构：

本风轮模拟仿真机构由矢量控制变频调速器、异步电动机和风力发电机用的增速齿轮箱组成。

本仿真机构利用矢量控制变频调速器调控异步电动机驱动由风力发电机用的增速齿轮箱改作减速用的齿轮箱，就可模拟永磁直驱机组的风轮动态输入，解决了永磁发电机低速运行的动力问题，创建起永磁直驱机组风轮模拟仿真机构。

环境可控试验室和电力局域网解决环境条件和电网等外部条件仿真问题：

通过建立室内温度、湿度可调节试验室，能建立环境条件仿真系统。通过建立可调控电力局域网，能建立起电网条件仿真系统。

电力局域网能节约大量电力：

建立专门用于仿真测试平台的可调控电力局域网，不但可以免除大型用电器负载变化对公共电网的冲击，而且能将被测风力发电机组在试验中产生的电能回馈到局域网，又可以节约大量电力。

在测试系统中发电机的输出功率可以准确测定，其转速也可准确测定。其电磁转矩可计算，也可测得。这些测试数据如与设计值吻合，则判定发电机合格。

风轮设计时对风速、转速和风能利用率都进行了合理安排，如果测出的转速与计算吻合，风轮设计正确。

风轮、发电机、机组控制器、并网逆变器的测试值均符合设计值，可判定被测风力发电机组合格。

Claims

1.大型永磁直驱风力发电机组仿真测试系统，其特征在于，包括变频调速器、拖动电动机、减速器、永磁发电机、并网逆变器、机组控制器、与外部电网电连接的局域电网以及调测控制器，所述的变频调速器、拖动电动机、减速器、永磁发电机、并网逆变器以及局域电网依次电连接，该局域电网还与机组控制器、变频调速器电连接，所述的机组控制器与永磁发电机、并网逆变器控制连接，所述的调测控制器与变频调速器、拖动电动机、减速器、永磁发电机、并网逆变器、局域电网以及外部电网控制连接。

2.根据权利要求1所述的大型永磁直驱风力发电机组仿真测试系统，其特征在于，还包括固定平台，所述的变频调速器、拖动电动机、减速器、永磁发电机、并网逆变器、机组控制器、局域电网以及调测控制器均固定于固定平台上。