CN101881814A - 一种新型的兆瓦级风力发电机组试验系统及其试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种新型的兆瓦级风力发电机组试验系统及其试验方法，电网提供的能量经通过一系列装置给双轴伸拖动电机提供电能，拖动电机再经风轮模拟器等一系列装置带动被试机组运转，被试机组产生的电能再通过一系列装置将电能返回到配电变压器从而实现能量回馈；被试机组借助于风轮模拟器可模拟不同风况下的风力机特性，通过测试系统可检测出被试机组的输出特性；同时，通过在馈电环节装设LVRT装置，可测试被试机组的低电压穿越性能。本发明的优点在于：节约电能；系统配置灵活，适用的功率范围宽；可测试被试机组的控制性能及输出功率特性；采用LVRT装置可检测被试机组的低电压穿越能力；具有很强的兼容性和扩展性；可及时了解现场的试验情况，满足多方位的测试需求。

Description

一种新型的兆瓦级风力发电机组试验系统及其试验方法
技术领域
本发明属于风力发电设备领域，涉及一种新型的兆瓦级风力发电机组试验系统及其试验方法，能满足目前国内各种0～5.6MW风力发电机组试验需求，可以对整机关键部件和系统进行试验，并检测机组功率曲线、低电压穿越、电能质量等。其设计标准高，具备先进性和经济性。
背景技术
近年来，风能作为清洁能源已经得到了广泛的应用，其中一种有效的利用方式就是风力发电。随着风力发电机组的功率不断增大和产品结构的不断优化，发电机类型也在不断升级，先后出现了异步发电机、双馈发电机、电励磁同步发电机、永磁发电机。生产出的风力发电机组需要先在工厂通过风力发电试验系统进行先期的试验测试，满足设计要求后方可交付风场使用。
目前现有的风机试验系统大都不具备机组的低电压穿越测试能力，无法实时监控试验状态，不能有效对风轮机特性进行模拟，无法很好的解决风力发电机组发电品质的测试和工作状态模拟问题，只能专门针对一种类型的风机进行测试。本发明以IEC61400系列、IEC 60349-2等标准为基础，根据成熟风电测试台设计原理和使用元件的原则，克服国内现有试验台的局限，适度参考国外风电试验系统的发展方向及最新技术，结合国内实际情况进行设计，很好的解决了上述问题。
发明内容
本发明提出了一种新型的兆瓦级风力发电机组试验系统及其试验方法，采用双轴伸拖动电机结构和能量回馈法，可实现大功率范围的各种风电机组整机的全功率试验及关键部件试验。电网提供的能量经通过一系列装置给双轴伸拖动电机提供电能，拖动电机再经风轮模拟器等一系列装置带动被试机组运转，被试机组产生的电能再通过一系列装置将电能返回到配电变压器从而实现能量回馈；被试机组借助于风轮模拟器可模拟不同风况下的风力机特性，通过测试系统可检测出被试机组的输出特性；同时，通过在馈电环节装设LVRT装置，可测试被试机组的低电压穿越性能。
本发明的目的在于提供一种兆瓦级风力发电机组试验系统，该系统包括10kv进线开关柜、配电变压器、受电柜、全功率变流器、双轴伸拖动电机、联轴节、扭矩仪、减速齿轮箱、风轮模拟器、变流器(不同机组采用不同的变流器)、转接开关柜、馈电柜、plc、中心控制台以及电能质量分析仪、功率测量仪、波形记录仪等测量设备；工业电网通过10kv进线开关柜与配电变压器相连，配电变压器将电压降到690V供给受电柜和全功率变流器后驱动拖动电动机；双轴伸拖动电机两端(也可以一端)依次连接联轴节、扭矩仪、减速齿轮箱、风轮模拟器；风轮模拟器再与相应的风力发电机相连产生电能；发电机再通过相应的变流器(双馈变流器或全功率变流器)与转接开关柜连接；转接开关柜通过馈电柜将电流反馈至配电变压器从而形成完整的电流回路；所述进电控制柜、受电柜、馈电柜及所有变流器都通过光纤与plc和控制台连接；电能质量分析仪对关键点的电能质量进行分析(具体见位置附图1)、功率测量仪和波形记录仪等测量设备连于转接开关柜之后对产生的电流进行测量、LVRT装置用以检测被试机组的低电压穿越能力。
本发明的优点在于：试验系统采用能量回馈法，可以节约电能；单独或串联使用双轴伸拖动电机结构，系统配置灵活，适用的功率范围宽；采用风轮模拟器可以模拟不同风况下的风力机特性，可测试被试机组的控制性能及输出功率特性；采用LVRT装置可检测被试机组的低电压穿越能力；测试系统采用国际通用的工业级通讯协议、接口及通讯网络，具有很强的兼容性和扩展性；系统设计有综合的远程视频监控和数据显示系统，可及时了解现场的试验情况，满足多方位的测试需求。
附图说明
图1为本发明的兆瓦级风力发电机组试验系统结构示意图；图2为本发明的双轴伸拖动电动机结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：参见图1和2，一种兆瓦级风力发电机组试验系统，该系统包括10kv进线开关柜、配电变压器、受电柜、全功率变流器、双轴伸拖动电机、联轴节、扭矩仪、减速齿轮箱、风轮模拟器、变流器(不同机组采用不同的变流器)、转接开关柜、馈电柜、plc、中心控制台以及电能质量分析仪、功率测量仪、波形记录仪等测量设备；工业电网通过10kv进线开关柜与配电变压器相连，配电变压器将电压降到690V供给受电柜和全功率变流器后驱动拖动电动机；双轴伸拖动电机两端(也可以一端)依次连接联轴节、扭矩仪、减速齿轮箱、风轮模拟器；风轮模拟器再与相应的风力发电机相连产生电能；发电机再通过相应的变流器(双馈变流器或全功率变流器)与转接开关柜连接；转接开关柜通过馈电柜将电流反馈至配电变压器从而形成完整的电流回路；所述进电控制柜、受电柜、馈电柜及所有变流器都通过光纤与plc和控制台连接；电能质量分析仪对关键点的电能质量进行分析(具体见位置附图1)、功率测量仪和波形记录仪等测量设备连于转接开关柜之后对产生的电流进行测量、LVRT装置用以检测被试机组的低电压穿越能力。
本试验系统的双轴伸拖动电动机两端均有输出轴、可以两端带负载。该电机具有以下优点：(1)可以方便两端分别进行不同类型机组的试验，也方便了试验台基础的建设，一端可以试验高速电机，另一端通过增加了减速齿轮箱、适配器等可以试验直驱电机；(2)可以方便实现扩容、分期建设，采用两台一样的电机可以实现分期增容的试验站建设特点；(3)可以减少一次性投入，由于试验站的测试容量范围(0MW～5.6MW)较大，可以根据测试测试容量要求决定投入拖动电机和相应变频器的数量。如果测试设备容量在2.8MW以下，可以运行投入一台拖动电机和变频器；否则投入两台一样的电机和相应的变频器，可以方便实现容量大于2.8MW的设备试验；(4)可以减小拖动电机用变频器的难度，使用两台双轴伸电机，可以分别配相当容量的变频器，降低了低电压大功率变频器制造的难度。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (5)

1.兆瓦级风力发电机组试验系统，其特征在于：该系统包括10kv进线开关柜、配电变压器、受电柜、全功率变流器、双轴伸拖动电机、联轴节、扭矩仪、减速齿轮箱、风轮模拟器、变流器、转接开关柜、馈电柜、plc、中心控制台以及测量设备；工业电网通过10kv进线开关柜与配电变压器相连，配电变压器将电压降到690V供给受电柜和全功率变流器后驱动拖动电动机；双轴伸拖动电机的两端或一端依次连接联轴节、扭矩仪、减速齿轮箱和风轮模拟器；风轮模拟器再与相应的风力发电机相连产生电能；发电机再通过双馈变流器或全功率变流器与转接开关柜连接；转接开关柜通过馈电柜将电流反馈至配电变压器从而形成完整的电流回路；所述进电控制柜、受电柜、馈电柜及所有变流器都通过光纤与plc和控制台连接；所述测量设备分别对第一测量点、第二测量点、第三测量点、第四测量点、第五测量点和第六测量点进行检测。
2.如权利要求1所述兆瓦级风力发电机组试验系统，其特征在于：所述测量设备是电能质量分析仪、功率测量仪和波形记录仪；所述电能质量分析仪分别对第一测量点、第二测量点、第三测量点、第四测量点和第四测量点的电能质量进行分析；所述功率测量仪和波形记录仪连于转接开关柜之后对产生的电流进行测量。
3.如权利要求1所述兆瓦级风力发电机组试验系统，其特征在于：所述配电变压器与馈电柜之间设置有LVRT装置，LVRT装置用以检测被试机组的低电压穿越能力。
4.如权利要求1所述兆瓦级风力发电机组试验系统，其特征在于：所述拖动电动机为双轴伸拖动电动机，该双轴伸拖动电动机两端各有一个输出轴。
5.基于权利要求1或2所述试验系统的试验方法，其特征在于：10kv输出柜通过进线开关柜将高压电送到配电变压器，配电变压器将电压降到690V供给全功率变流器后驱动拖动电动机，拖动电动机通过减速齿轮箱拖动与之同轴相联的风力发电系统；风力发电系统将发出的交流电经第一全功率变流器后，经转接开关柜、馈电柜、配电变压器和进线开关柜回馈电能至10kv输出柜。
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