CN103207373A - 风电机组变桨系统后备电源的测试系统和测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风电机组变桨系统后备电源的测试系统和测试方法，该测试系统包括控制器、加载组件和变桨驱动器，控制器包括计算单元、加载输出端和变桨输出端，所述计算单元用于根据预设算法计算各工况下的转矩给定值和桨距角给定值，并分别从所述加载输出端和变桨输出端输出；加载组件分别与所述加载输出端和变桨电机相连；变桨驱动器与变桨输出端相连，且与待测后备电源相连。该测试系统，不需要将风电机组整体吊装完成后进行现场测试，因此，不会对风电机组的安全运行造成影响，避免发生安全事故，满足对后备电源的安全测试需求。

Description

风电机组变桨系统后备电源的测试系统和测试方法

技术领域

本发明涉及风力发电技术，特别地涉及一种风电机组变桨系统后备电源的测试系统和测试方法。

背景技术

在风力发电机组中，变桨系统是风电机组中的重要组成部分，变桨系统主要包括控制器、变桨驱动器和变桨电机等。控制器根据相应的工况来计算出期望的桨距角，然后给每个叶片所对应的变桨驱动器发送指令控制变桨电机转动，以驱动叶片改变桨距角，完成期望的变桨动作，满足变桨要求。

在电网电压正常情况下，电网作为供电电源为变桨驱动器供电，当电网掉电或者电网发生故障时需要由电网自动切换到后备电源，将后备电源作为输入电源为变桨驱动器供电，保证叶片能够顺桨，以保证风电机组能够安全停机。因此，后备电源在变桨系统中起着至关重要的作用。

目前，通常是在风电机组整体吊装完毕后，通过现场的实际运行来测试后备电源性能，但是，这种对后备电源现场测试的方法，由于将风电机组整体吊装完成后才能进行测试，如果一旦后备电源测试过程中发生故障，不能使叶片顺桨，可能造成风电机组不能安全停机，影响风电机组的安全运行，因此可能损坏风电机组中的设备，甚至造成安全事故。

发明内容

本发明的第一个方面是提供一种风电机组变桨系统后备电源的测试系统，以对后备电源进行安全测试。

该风电机组变桨系统后备电源的测试系统，包括：

控制器，包括计算单元、加载输出端和变桨输出端，所述计算单元用于根据预设算法计算各工况下的转矩给定值和桨距角给定值，并分别从所述加载输出端和变桨输出端输出；

加载组件，分别与所述加载输出端和变桨电机相连，用于根据所述转矩给定值对变桨电机的输出轴施加转矩作为负载；

变桨驱动器，与所述变桨输出端相连，且与待测后备电源相连，将所述待测后备电源作为输入电源，用于根据所述桨距角给定值生成变桨控制信号，以调节所述输入电源电压的频率和/或幅值并输送给所述变桨电机，从而控制所述变桨电机在加载组件对其输出轴施加转矩作用下转动至设定角度。

本发明另一方面是提供一种风电机组变桨系统后备电源的测试方法，该方法包括：

控制器的计算单元根据预设算法计算各工况下的转矩给定值和桨距角给定值，并分别从所述控制器的加载输出端和变桨输出端输出；

加载组件根据所述加载输出端输出的所述转矩给定值，对变桨电机的输出轴施加转矩作为负载；

变桨驱动器将待测后备电源作为输入电源，根据所述变桨输出端输出的所述桨距角给定值生成变桨控制信号，以调节所述输入电源电压的频率和/或幅值并输送给所述变桨电机，从而控制所述变桨电机在加载组件对其输出轴施加转矩作用下转动至设定角度。

本发明提供的风电机组变桨系统后备电源的测试系统，将待测后备电源作为变桨系统中变桨驱动器的输入电源通过模拟各种工况下变桨系统运行情况，对后备电源的性能进行测试，测试该后备电源的放电容量是否能满足变桨系统的运行要求，该测试系统不需要将风电机组整体吊装完成后进行现场测试，因此，不会对风电机组的安全运行造成影响，避免发生安全事故，满足对后备电源的安全测试需求。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的风电机组变桨系统后备电源的测试系统的结构示意图；

图2为本发明另一实施例所提供的风电机组变桨系统后备电源的测试系统的结构示意图；

图3为本发明又一实施例所提供的风电机组变桨系统后备电源的测试系统的结构示意图；

图4为本发明实施例所提供的风电机组变桨系统后备电源的测试方法的流程图；

图5为本发明另一实施例所提供的风电机组变桨系统后备电源的测试方法的流程图。

具体实施方式

图1为本发明实施例所提供的风电机组变桨系统后备电源的测试系统的结构示意图，如图1所示，该测试系统包括控制器10、加载组件11和变桨驱动器12。

控制器10包括计算单元101、加载输出端102和变桨输出端103，计算单元101用于根据预设算法计算各工况下的转矩给定值和桨距角给定值，并分别从加载输出端102和变桨输出端103输出。

加载组件11分别与加载输出端102和变桨电机13相连，用于根据转矩给定值对变桨电机13的输出轴施加转矩作为负载；

变桨驱动器12与变桨输出端103相连，且与待测后备电源14相连，将待测后备电源14作为输入电源，用于根据桨距角给定值生成变桨控制信号，以调节输入电源电压的频率和/或幅值并输送给变桨电机13，从而控制变桨电机13在加载组件10对其输出轴施加转矩作用下转动至设定角度。

控制器是该测试系统的控制单元，控制器可以为工业计算机或其他类型的处理器等。

控制器的计算单元中设置有预设算法，该预设算法为对风电机组各种工况下的运行进行仿真模拟的数学模型，具体的数学模型建立方式可以按照经验进行确定，也可以基于公式建立，可根据各种工况下的风速、叶片位置等参数计算出各种工况下的转矩给定值和桨距角给定值，并分别从加载输出端和变桨输出端输出以传送给加载组件和变桨驱动器，该桨距角给定值为模拟各工况下叶片的期望桨距角，该转矩给定值为模拟各工况下因风对叶片的作用和叶片本身的重力作用对变桨电机的输出轴产生的转矩。

加载组件可以为各种形式的加载装置，比如，液压系统或电动加载装置，加载组件可根据转矩给定值对变桨电机的输出轴施加转矩作为负载。

待测后备电源可以为蓄电池或超级电容等供电装置，待测后备电源用于为变桨驱动器提供输入电源。

变桨驱动器和变桨电机可构成变桨系统，变桨驱动器可以为变频器或其他控制装置，变桨电机可以为直流电机、交流异步电机或交流伺服电机等。

变桨驱动器可根据桨距角给定值生成变桨控制信号，通过对待测后备电源接入的输入电压的频率和/或幅值进行调节来控制变桨电机。并且，加载组件根据转矩给定值对变桨电机的输出轴施加转矩作为负载，该转矩为模拟各工况下因风对叶片的作用和叶片本身的重力作用对变桨电机的输出轴产生的转矩，因此，变桨电机在变桨驱动器控制下，并在加载组件对其输出轴施加转矩作用下转动至设定角度，以驱动叶片改变桨距角，完成期望的变桨动作。

由上述技术方案可知，该风电机组变桨系统后备电源的测试系统，变桨驱动器和变桨电机构成变桨系统，加载组件用于模拟各工况下的转矩以作为负载施加给变桨电机的输出轴，待测后备电源作为变桨驱动器的输入电源，变桨驱动器根据桨距角给定值调节该输入电源电压的频率和/或幅值，变桨电机在变桨驱动器控制下，并在加载组件对其输出轴施加转矩作用下转动至设定角度。

该测试系统，将待测后备电源作为变桨系统中变桨驱动器的输入电源通过模拟各种工况下变桨系统运行情况，对后备电源的性能进行测试，测试该后备电源的放电容量是否能满足变桨系统的运行要求，该测试系统不需要将风电机组整体吊装完成后进行现场测试，因此，不会对风电机组的安全运行造成影响，避免发生安全事故，满足对后备电源的安全测试需求。

图2为本发明另一实施例所提供的风电机组变桨系统后备电源的测试系统的结构示意图，如图2所示，在上述实施例的基础上，进一步的，该测试系统中的加载组件11包括拖动驱动器111和拖动电机112。

拖动驱动器111与加载输出端102相连，用于根据转矩给定值生成对拖动电机112的转矩控制信号，以调节拖动电机112的输入电压的频率和/或幅值。

拖动电机112与拖动驱动器111相连，且拖动电机112的输出轴与变桨电机13的输出轴同轴相连，拖动电机112用于根据转矩控制信号产生转矩，并施加在变桨电机13的输出轴上作为负载。

拖动驱动器和拖动电机共同构成加载组件，拖动驱动器和拖动电机的结构与变桨驱动器和变桨电机的结构类似，拖动驱动器也可以为变频器或其他控制装置，拖动电机也可以为直流电机、交流异步电机或交流伺服电机等。

拖动驱动器根据加载输出端输出的转矩给定值生成对拖动电机的转矩控制信号，该转矩控制信号可对拖动电机的输入电压的频率和/或幅值进行调节，从而改变拖动电机输出的转矩大小。拖动驱动器通过对拖动电机输入电压的频率和/或幅值的调节对拖动电机输出的转矩进行控制，拖动电机在拖动驱动器控制下产生相应转矩，并施加到变桨电机的输出轴上作为负载，该转矩为模拟各工况下因风对叶片的作用和叶片本身的重力作用对变桨电机的输出轴产生的转矩大小。

本实施例中，加载组件结构简单，不需要设置结构复杂的液压系统，因此，简化了测试系统的整体结构，并且，降低了测试系统的成本。

如图2所示，该测试系统中还包括联轴器15，变桨电机13的输出轴通过联轴器15与拖动电机112的输出轴同轴相连。

联轴器具体的可采用多种结构的联轴器，优选的是采用弹性联轴器，例如径向多层板簧联轴器、弹性圈栓销联轴器、橡胶套筒联轴器等。

本实施例中，联轴器不仅可起到将拖动电机的转矩传递给变桨电机的输出轴的作用，并且，联轴器可起到缓冲和减小转矩传递过程中的振动的作用，提高转矩传递过程中的动态性能，从而提高测试系统的测试精度。

并且，如图2所述，该变桨系统中还可以进一步的设置编码器16，编码器16与变桨电机13的输出轴相连，用于检测变桨电机13的实际转动角度值并显示。

通过编码器检测获得的变桨电机的实际转动角度值，可推断出实际的桨距角，将实际桨距角与桨距角给定值进行比较可获知该由变桨驱动器和变桨电机组成的变桨系统是否能达到预期的变桨效果，进一步的通过该测试系统了解变桨系统的运行情况，为设计更加完善的变桨系统提供参考数据。

如图2所示，该测试系统中还可以包括转矩传感器17，转矩传感器17与拖动电机112的输出轴相连，用于检测拖动电机112的实际转矩值并显示。

通过转矩传感器检测获得的拖动电机的实际转矩值，将该实际转矩值与转矩给定值进行比较可获知该加载组件是否能达到预期的加载效果，进一步的通过该测试系统了解加载组件的运行性能，为设计更加完善的加载组件提供参考数据。

图3为本发明又一实施例所提供的风电机组变桨系统后备电源的测试系统的结构示意图，如图3所示，该测试系统中，变桨驱动器12、变桨电机13和编码器16构成变桨装置组件1；拖动驱动器111、拖动电机112和转矩传感器17构成加载装置组件2；其中，变桨装置组件1和加载装置组件2的数量与风电机组中叶片的数量相同，且各变桨装置组件1中的变桨驱动器12分别与一待测后备电源14相连，以通过各待测后备电源14分别为各变桨驱动器12提供输入电源。

当然，待测后备电源也可以设置一个，将待测后备电源分别与各变桨装置组件中的变桨驱动器相连，该待测后备电源同时为各变桨驱动器提供输入电源。

风力发电机组中可包括多个叶片，通常为三个，因此，图3所示仅表示包含三个变桨装置组件和加载装置组件的连接结构，实际应用中，可根据风力发电机组中的叶片的数量对应设置变桨装置组件和加载装置组件的数量，并不限于图示所示的方式。

每个叶片对应设置一变桨装置组件和一加载装置组件，控制器将每个叶片对应的桨距角给定值和转矩给定值分别发送给各变桨装置组件中的变桨驱动器和各加载装置组件中的拖动驱动器，各变桨电机对应驱动一个叶片改变桨距角，各拖动电机对对应变桨电机的输出轴施加转矩。

本实施例中，根据风电机组中叶片的数量对应设置变桨装置组件和加载装置组件的数量，并通过后备电源为各变桨装置组件中的变桨驱动器供电，以在风电机组中包含多个变桨驱动器情况下，对待测后备电源的性能进行测试，测试该待测后备电源的放电容量是否能满足多个变桨驱动器的运行要求。

需要说明的是，上述进行数据或信号通信的各设备之间可通过现场总线相连，例如，可采用控制器局域网络(Controller Area Network，简称CAN)总线或Profibus总线等相连。

本发明实施例提供了一种风电机组变桨系统后备电源的测试方法，图4为本发明实施例所提供的风电机组变桨系统后备电源的测试方法的流程图，如图4所示，该测试方法包括以下步骤：

步骤200、控制器的计算单元根据预设算法计算各工况下的转矩给定值和桨距角给定值，并分别从控制器的加载输出端和变桨输出端输出；

步骤201、加载组件根据加载输出端输出的转矩给定值，对变桨电机的输出轴施加转矩作为负载；

步骤202、变桨驱动器将待测后备电源作为输入电源，根据变桨输出端输出的桨距角给定值生成变桨控制信号，以调节输入电源电压的频率和/或幅值并输送给变桨电机，从而控制变桨电机在加载组件对其输出轴施加转矩作用下转动至设定角度。

上述测试方法中的步骤201和202之间并没有严格的时序关系，可以同时执行，也可顺序执行，或者按任意顺序执行。

该测试方法为图1所示测试系统实施例的执行方法，该测试方法可用于模拟各种工况下变桨系统的运行情况，通过后备电源为变桨系统中变桨驱动器供电，以模拟电网掉电或者电网发生故障的情况下对后备电源的性能进行测试，测试该后备电源的放电容量是否能满足变桨系统的运行要求，该测试方法不需要将风电机组整体吊装完成后进行现场测试，因此，不会对风电机组的安全运行造成影响，避免发生安全事故，满足对后备电源的安全测试需求。

图5为本发明另一实施例所提供的风电机组变桨系统后备电源的测试方法的流程图，如图5所示，在上述实施例的基础上，进一步的，该测试方法中，上述的步骤201可以包括下述步骤：

2011、加载组件中拖动驱动器根据转矩给定值生成对加载组件中拖动电机的转矩控制信号，以调节拖动电机的输入电压的频率和/或幅值；

2012、拖动电机根据所述转矩控制信号产生转矩，并施加在变桨电机的输出轴上作为负载。

上述的步骤202之后还可以包括以下步骤：

步骤2021、通过编码器检测变桨电机的实际转动角度值并显示

进一步的，如图5所示，该测试方法中，上述的步骤2012之后还可以包括：

步骤2013、通过转矩传感器检测加载组件中拖动电机的实际转矩值并显示。

本实施例的测试方法可以用于执行图2所示方法实施例的方法，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (11)

1.一种风电机组变桨系统后备电源的测试系统，其特征在于，包括：

控制器，包括计算单元、加载输出端和变桨输出端，所述计算单元用于根据预设算法计算各工况下的转矩给定值和桨距角给定值，并分别从所述加载输出端和变桨输出端输出；

加载组件，分别与所述加载输出端和变桨电机相连，用于根据所述转矩给定值对变桨电机的输出轴施加转矩作为负载；

变桨驱动器，与所述变桨输出端相连，且与待测后备电源相连，将所述待测后备电源作为输入电源，用于根据所述桨距角给定值生成变桨控制信号，以调节所述输入电源电压的频率和/或幅值并输送给所述变桨电机，从而控制所述变桨电机在加载组件对其输出轴施加转矩作用下至转动设定角度。

2.根据权利要求1所述的风电机组变桨系统后备电源的测试系统，其特征在于，所述加载组件包括：

拖动驱动器，与所述加载输出端相连，用于根据所述转矩给定值生成对拖动电机的转矩控制信号，以调节拖动电机的输入电压的频率和/或幅值；

拖动电机，与所述拖动驱动器相连，且所述拖动电机的输出轴与所述变桨电机的输出轴同轴相连，所述拖动电机用于根据所述转矩控制信号产生转矩，并施加在所述变桨电机的输出轴上作为负载。

3.根据权利要求2所述的风电机组变桨系统后备电源的测试系统，其特征在于，还包括：

联轴器，所述变桨电机的输出轴通过所述联轴器与所述拖动电机的输出轴同轴相连。

4.根据权利要求2或3所述的风电机组变桨系统后备电源的测试系统，其特征在于，还包括：

编码器，与所述变桨电机的输出轴相连，用于检测所述变桨电机的实际转动角度值并显示。

5.根据权利要求4所述的风电机组变桨系统后备电源的测试系统，其特征在于，还包括：

转矩传感器，与所述拖动电机的输出轴相连，用于检测所述拖动电机的实际转矩值并显示。

6.根据权利要求6所述的风电机组变桨系统后备电源的测试系统，其特征在于：

所述变桨驱动器、所述变桨电机和所述编码器构成变桨装置组件，所述拖动驱动器、所述拖动电机和所述转矩传感器构成加载装置组件；

其中，所述变桨装置组件和所述加载装置组件的数量与风电机组中叶片的数量相同，且各所述变桨装置组件中的变桨驱动器分别与一待测后备电源相连，以通过各待测后备电源分别为各所述变桨驱动器提供输入电源。

7.根据权利要求2或3所述的风电机组变桨系统后备电源的测试系统，其特征在于：

所述变桨电机和所述拖动电机为直流电机、交流异步电机或交流伺服电机。

8.一种风电机组变桨系统后备电源的测试方法，其特征在于，包括：

控制器的计算单元根据预设算法计算各工况下的转矩给定值和桨距角给定值，并分别从所述控制器的加载输出端和变桨输出端输出；

加载组件根据所述加载输出端输出的所述转矩给定值，对变桨电机的输出轴施加转矩作为负载；

变桨驱动器将待测后备电源作为输入电源，根据所述变桨输出端输出的所述桨距角给定值生成变桨控制信号，以调节所述输入电源电压的频率和/或幅值并输送给所述变桨电机，从而控制所述变桨电机在加载组件对其输出轴施加转矩作用下转动至设定角度。

9.根据权利要求8所述的风电机组变桨系统后备电源的测试方法，其特征在于，所述加载组件根据所述加载输出端输出的所述转矩给定值对变桨电机的输出轴施加转矩作为负载包括：

所述加载组件中拖动驱动器根据所述转矩给定值生成对所述加载组件中拖动电机的转矩控制信号，以调节所述拖动电机的输入电压的频率和/或幅值；

所述拖动电机根据所述转矩控制信号产生转矩，并施加在所述变桨电机的输出轴上作为负载。

10.根据权利要求8或9所述的风电机组变桨系统后备电源的测试方法，其特征在于，所述变桨驱动器控制所述变桨电机在所述加载组件对其输出轴施加转矩作用下转动设定角度之后还包括：

通过编码器检测所述变桨电机的实际转动角度值并显示。

11.根据权利要求9所述的风电机组变桨系统后备电源的测试方法，其特征在于，所述拖动电机根据所述转矩控制信号产生转矩，并施加在所述变桨电机的输出轴上作为负载之后还包括：

通过转矩传感器检测所述加载组件中拖动电机的实际转矩值并显示。

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