CN105424370A - 一种风力发电机组变桨系统的测试平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电机组变桨系统的测试平台，包括控制单元、加载单元和电源单元，所述电源单元分别与控制单元和加载单元相连用于提供电源，所述控制单元与所述加载单元相连用于向加载单元发送加载命令，所述加载单元与被测变桨系统相连用于根据所述控制单元的加载命令向变桨系统施加载荷以模拟气流的气动载荷，所述控制单元与被测变桨系统相连用于向被测变桨系统发送控制命令，并根据加载单元和被测变桨系统的反馈信号对被测变桨系统进行分析测试。本发明的风力发电机组变桨系统的测试平台具有结构简单、操作简便以及测试精准等优点。

Description

一种风力发电机组变桨系统的测试平台

技术领域

本发明主要涉及风力发电技术领域，特指一种风力发电机组变桨系统的测试平台。

背景技术

随着新能源的快速发展，风力发电越来越受到世界各国的广泛关注。变桨系统作为风电机组的一个重要的执行部件，通过控制叶片的角度来控制风轮的转速，进而控制风机的输出功率，并通过空气动力制动的方法使风机安全停机。变桨系统通常需要在风机整机吊装完毕后，才能进行系统实际的响应特性及模拟各种故障的功能测试。这样就给设备维护和系统改善带来诸多不便，同时这样的现场试验也会给机组的整体安全性造成威胁。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、测试简便、可模拟现场风场工况的风力发电机组变桨系统的测试平台。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种风力发电机组变桨系统的测试平台，包括控制单元、加载单元和电源单元，所述电源单元分别与控制单元和加载单元相连用于提供电源，所述控制单元与所述加载单元相连用于向加载单元发送加载命令，所述加载单元与被测变桨系统相连用于根据所述控制单元的加载命令向变桨系统施加载荷以模拟气流的气动载荷，所述控制单元与被测变桨系统相连用于向被测变桨系统发送控制命令，并根据加载单元和被测变桨系统的反馈信号对被测变桨系统进行分析测试。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述加载单元包括加载控制单元以及一台以上的加载驱动件，所述加载驱动件与被测变桨系统的变桨电机一一对应相连，并且均与加载控制单元相连。

所述加载单元包括能量回馈模块，用于吸收加载驱动件的能量。

所述加载单元的反馈信号包括加载驱动件的实际转矩、实际温度、实际电流以及实际位置信号。

所述控制单元向被测变桨系统发送的控制命令包括桨叶的给定位置信号以及给定变桨速度信号；所述被测变桨系统的反馈信号包括桨叶的实际位置信号以及实际变桨速度信号。

所述控制单元与被测变桨系统之间采用CANopen通讯；所述加载控制单元与加载驱动件之间采用CANopen通讯。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的风力发电机组变桨系统的测试平台，能够通过加载单元模块现场气动载荷对被测变桨系统进行加载，从而保证测试的精准性；另外本测试平台可在风电机组出厂前进行相关测试，保证出厂产品的可靠性，减少了现场工作人员的工作量。

附图说明

图1为本发明的控制逻辑图。

图2为本发明的方框结构图。

图3为本发明的能量回馈模块的具体应用结构示意图。

图4为本发明的各单元之间的通讯示意图。

图5为本发明的三相掉电试验波形图（变桨角度由0至90度）。

图6为本发明的三相掉电试验波形图（变桨角度由90至0度）。

图7为本发明的方波给定试验波形图。

图中标号表示：1、控制单元；2、加载单元；21、加载控制单元；22、加载驱动件；23、能量回馈模块；3、电源单元；4、变桨系统。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1至图7所示，本实施例的风力发电机组变桨系统的测试平台，包括控制单元1、加载单元2和电源单元3，电源单元3分别与控制单元1和加载单元2相连用于给各单元提供电源，控制单元1与加载单元2相连用于向加载单元2发送加载命令，加载单元2与被测变桨系统4相连用于根据控制单元1的加载命令给变桨系统4施加载荷以模拟气流的气动载荷，控制单元1与被测变桨系统4相连用于向被测变桨系统4发送控制命令，并根据加载单元2和被测变桨系统4的反馈信号对被测变桨系统4进行分析测试。本发明的风力发电机组变桨系统4的测试平台，能够通过加载单元2模块现场气动载荷对被测变桨系统4进行加载，达到风机在风场的工况，从而保证测试的精准性；另外本测试平台可在风电机组出厂前进行相关测试，保证出厂产品的可靠性，减少了现场工作人员的工作量。

如图2所示，本实施例中，加载单元2包括加载控制单元21以及三台加载驱动件22，加载驱动件22与被测变桨系统4的变桨电机一一对通过联轴器对应相连，并且均与加载控制单元21相连，其中加载驱动件22均为加载电机，由对应的驱动器进行驱动，通过加载电机对变桨电机输出轴施加扭矩，模拟变桨过程中气流对桨叶的气动载荷，即变桨系统4在带载状态下进行，从而使变桨系统4测试更为真实可靠。

如图2和图3所示，本实施例中，在变桨系统4进行试运行的过程中，加载电机始终处于发电状态，为了处理发电产生的能量，加载单元2中还包括能量回馈模块23，用于吸收加载驱动件22的能量，可通过电阻消耗或能量回馈储存以充分利用。如图3所示，本实施例中采用电阻进行消耗，简单实用。

本实施例中，控制单元1采用巴赫曼PLC系统，包括主控PLC模块（MPC240）、I/O模块（DIO280）、CANOpen模块（CM202），其中控制软件设计基于IEC61131-3编程环境。另外，出于安全考虑以及为了保证测试平台的可靠性，在电源单元3中增加电抗器和滤波器，以确保输入电压的有效和稳定，为加载单元2提供一个安全稳定的电源，以有效减小电网的冲击对测试平台和变桨系统4带来的潜在破环风险。另外，如图4所示，控制单元1与被测变桨系统4之间采用CANopen通讯；加载控制单元21与加载驱动件22之间采用CANopen通讯，加载控制单元21与控制单元1之间同样为CANopen通讯。

本实施例中，加载单元2的反馈信号包括加载驱动件22的实际转矩、实际温度、实际电流以及实际位置信号。控制单元1向被测变桨系统4发送的控制命令包括桨叶的给定位置信号以及给定变桨速度信号；被测变桨系统4的反馈信号包括桨叶的实际位置信号、实际桨距角、变桨速度等等，各信号采集比较全面，从而使测试结果更精确。

本实施例中，本测试平台可对变桨系统4的故障穿越能力进行测试，旨在检验变桨系统4在低电压穿越时，是否仍然能够按照控制单元1发出的变桨位置命令执行正常的变桨命令，即在电网故障的情况下，变桨系统4是否仍然能够正常工作，不会由于电网故障导致变桨系统4影响风电机组的低电压穿越特性，其测试方法如下：设定转矩载荷，测试输入的电压信号和输出的桨叶角度和速度信号，正常运行一段时间后，人为制造三相和二相主电失电3秒后恢复正常供电。整个过程中，变桨系统4应能按照控制单元1发出的变桨位置命令执行正常的变桨动作，相应的测试步骤如下：

1、测试系统上电；

2、设定主控控制命令及模拟叶片的负载转矩，不同的叶片应设定不同的负载转矩，可按照认证机型最长叶片负载转矩设定负载转矩；

3、故障测试（测试故障下的持续运行能力）：

3.1、通过加载系统给变桨系统4至少提供1.5倍额定转矩，测试包括快速、慢速、正转、反转，控制接触器断开3相电网电压3秒后闭合，同步记录电压跌落波形和转速/位置波形；

3.2、通过加载系统给变桨系统4至少提供1.5倍额定转矩，测试包括快速、慢速、正转、反转，控制接触器断开2相电网电压3秒后闭合，同步记录电压跌落波形和转速/位置波形；

4、根据实际叶片载荷情况，加载扭矩至T=1.5Tn（1.5倍额定转矩），失电故障时间3s，具体测试项目如下；

4.1、如三相失电，变桨角度由0°变化至90°，快转（6‐8°/s），测试后的波形如图5所示；

4.2、如三相失电，变桨角度由90°变化至0°，快转（6‐8°/s），测试后的波形如图6所示；

4.3、方波给定测试，变桨角度由0至10度间隔跳变（6‐8°/s），测试后的波形如图7所示；

图5至图7的波形图中自上到下依次为：A相电压、B相电压、C相电压、实际转矩、设定位置、实际位置、设定速度、实际速度（注：电压跌落波形有一个中间值台阶是因为通过电压表采集电压值后再RS485通信传给控制器，由电压表采样电路特性决定），通过以上的波形可以看出变桨系统4符合要求。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种风力发电机组变桨系统的测试平台，其特征在于，包括控制单元（1）、加载单元（2）和电源单元（3），所述电源单元（3）分别与控制单元（1）和加载单元（2）相连用于提供电源，所述控制单元（1）与所述加载单元（2）相连用于向加载单元（2）发送加载命令，所述加载单元（2）与被测变桨系统（4）相连用于根据所述控制单元（1）的加载命令向变桨系统（4）施加载荷以模拟气流的气动载荷，所述控制单元（1）与被测变桨系统（4）相连用于向被测变桨系统（4）发送控制命令，并根据加载单元（2）和被测变桨系统（4）的反馈信号对被测变桨系统（4）进行分析测试。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组变桨系统的测试平台，其特征在于，所述加载单元（2）包括加载控制单元（21）以及一台以上的加载驱动件（22），所述加载驱动件（22）与被测变桨系统（4）的变桨电机一一对应相连，并且均与加载控制单元（21）相连。

3.根据权利要求2所述的风力发电机组变桨系统的测试平台，其特征在于，所述加载单元（2）包括能量回馈模块（23），用于吸收加载驱动件（22）的能量。

4.根据权利要求1或2或3所述的风力发电机组变桨系统的测试平台，其特征在于，所述加载单元（2）的反馈信号包括加载驱动件（22）的实际转矩、实际温度、实际电流以及实际位置信号。

5.根据权利要求1或2或3所述的风力发电机组变桨系统的测试平台，其特征在于，所述控制单元（1）向被测变桨系统（4）发送的控制命令包括桨叶的给定位置信号以及给定变桨速度信号；所述被测变桨系统（4）的反馈信号包括桨叶的实际位置信号以及实际变桨速度信号。

6.根据权利要求2所述的风力发电机组变桨系统的测试平台，其特征在于，所述控制单元（1）与被测变桨系统（4）之间采用CANopen通讯；所述加载控制单元（21）与加载驱动件（22）之间采用CANopen通讯。