CN106405292A - 一种风机变桨驱动器自动测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于风力发电技术领域，特别的涉及一种风机变桨驱动器自动测试系统。该自动测试系统用于大型风电机组电动变桨系统交流伺服驱动器的厂内测试，主要由PLC(1)、测试驱动器(2)、被测驱动器(3)、超级电容组(4)、一号电机(5)、二号电机(6)、电容充放电电阻(7)、霍尔传感器(9)、母线连接继电开关(10)、电容充电继电开关(11)、电容放电继电开关(12)、电容供电继电开关(13)构成；主要用于风机变桨驱动器的硬件功能和整体性能的自动检测；本发明不但能够快速有效的完成变桨驱动器的测试工作、而且降低了对操作人员的要求、优化了人力资源成本。
Description
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，特别的涉及一种风机变桨驱动器自动测试系统。
背景技术
随着世界能源消耗的加快，传统能源储量的减少，风力这种绿色能源具有取之不尽用之不竭的优势，愈加得到人类重视。作为风能利用的重要形式，风力发电在世界范围内得到各项政策的扶持发展。近几年，国内外风力发电机组逐步向大型化方面发展，我国的风电产业也得到了飞速发展。
风机变桨系统用于调整风力发电机组桨叶的角度，是机组的安全控制装置之一。工作时，变桨系统接收风机主控系统的控制命令，控制风机叶片旋转到设定的角度，进而控制风轮的转速，达到控制风机输出功率的目的。变桨系统也可作为风机的气动刹车，在紧急的情况下，控制叶片快速收桨，通过空气动力制动的方式使风机安全停机，达到保护机组安全的目的。
大型风力发电机组的不断发展使电动变桨系统得到充足的发展，电动变桨系统包括伺服驱动器、伺服电机、后备电源系统及桨叶传感器等；同时，风电行业电动变桨系统普遍配置超级电容作为后备电源，电网供电故障时，变桨系统由后备电源供电执行变桨操作，确保机组发生严重故障或重大事故的情况下可以安全停机。
大型风力发电机组的不断发展给电动变桨系统的产品测试及持续应用提出了巨大挑战。
发明内容
为了解决大型电动变桨系统的测试问题，保障电动变桨系统交流伺服驱动器的硬件功能和整体性能，本发明提供了一种风机变桨驱动器自动测试系统。
一种风机变桨驱动器自动测试系统，包括控制器1、测试驱动器2、一号电机5、二号电机6；其中测试驱动器2与被测驱动器的型号相同，一号电机5和二号电机6属同型号的电机，所述一号电机5由所述测试驱动器2控制，二号电机6用于由被测驱动器控制；控制器1同时与测试驱动器2和被测驱动器3通信；
进行测试时，一号电机5和二号电机6通过联轴器连接，测试驱动器2和被测驱动器3分别采集一号电机、二号电机的电机温度、驱动器温度、转速运行参数，并将所采集的运行参数上传给控制器1，控制器1以测试驱动器2的采集值为标准值，判断被测驱动器3的采集值是否正常。
进一步的，所述控制器的DI与被测驱动器的DO连接、控制器的DO与被测驱动器的DI连接；控制器通过控制被测驱动器的DO状态置高和置低，控制器对比控制器的DI状态与被测驱动器的对应DO状态，状态一致则正常；控制器控制控制器的DO状态置高和置低，控制器对比控制器的DO状态与被测驱动器的对应DI状态，状态一致则正常。
进一步的，还包括安装在被测电机制动释放供电线路上的霍尔传感器9，所述霍尔传感器9检测得到被测驱动器制动释放供电线路的电流值，将其转换为一定范围的电压值后传送给控制器，当电压小于第一设定值时，控制器判定电机处于制动状态，当电压大于第二设定值时，控制器判定电机处于制动释放状态，控制器通过对比判断电压信号值和电机制动释放状态，进而判断被测驱动器的电机制动释放控制是否正常。
进一步的，还包括母线连接继电开关10，所述母线连接继电开关10连接在被测驱动器的母线正电压端口DC+与测试驱动器的母线正电压端口DC+之间；电机对拖运行时，继电开关10闭合，自动测试系统采用母线连接的方式将测试驱动器的电机回馈能量传递给被测驱动器；电机停止对拖运行时，继电开关10断开，驱动器母线连接中断，确保其他测试项执行时的系统整体安全。
进一步的，将被测驱动器的母线电压端口DC+/DC-和测试驱动器的母线电压端口DC+/DC-一一对应连接，被测驱动器和测试驱动器分别将母线电压值上传给控制器进行对比，并判断被测驱动器和测试驱动器的母线电压值是否正常；另外，被测驱动器的电容电压检测端口BA+/BA-和测试驱动器的电容电压检测端口BA+/BA-一一对应连接，被测驱动器和测试驱动器分别将电容电压值上传给控制器进行对比，并判断被测驱动器和测试驱动器的母线电压值和电容电压值是否正常。
进一步的，还包括超级电容组供电模块，所述超级电容组供电模块包括超级电容组4、电容充电继电开关11、电容放电继电开关12、电容供电继电开关13和电容充放电电阻7；电容充电继电开关11、电容放电继电开关12连接在测试驱动器的母线电压端口DC+、DC-之间，电容充放电电阻7一端与测试驱动器的电容电压检测端口BA+连接，另一端与电容充电继电开关11和电容放电继电开关12的公共端连接；超级电容组4的正极与测试驱动器的电容电压检测端口BA+连接，超级电容组4的负极与测试驱动器的母线电压端口DC-及电容电压检测端口BA-连接；所述电容充电继电开关11、电容放电继电开关12、电容供电继电开关13均由控制器进行控制。
进一步的，被测驱动器上电前，即母线电压小于一定限值时，电容供电开关13断开，被测驱动器上电后，即母线电压大于一定限值时，电容供电开关13闭合，避免驱动器内部相关器件受超级电容电压冲击造成损坏。
进一步的，所述电容充电继电开关11与电容放电继电开关12闭合互锁，二者不允许同时闭合。
进一步的，所述控制器为PLC。
本发明提供了一种风机变桨驱动器自动测试系统，节约了变桨驱动器的测试时间、提高了测试效果、降低了操作人员的要求、优化了人力资源成本、保障了风机用变桨驱动器产品的测试进度和产品质量，进而确保了变桨系统及风力发电机组的整体质量和运行可靠性。
附图说明
图1是本发明测试系统的主要部件连接示意图；
图2是本发明自动测试系统的整体构成示意图；
图3是本发明自动测试系统的整体测试流程示意图；
图4是本发明自动测试系统的母线电压测试流程示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种风机变桨驱动器自动测试系统，可用于大型风电机组电动变桨系统交流伺服驱动器硬件功能和整体性能进行场内测试。下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示，一种风机变桨驱动器自动测试系统，用于大型风电机组电动变桨系统交流伺服驱动器的厂内自动测试，该系统主要由PLC1、测试驱动器2、被测驱动器测试对象3、超级电容组4、一号电机5、二号电机6、霍尔传感器9、电容充放电电阻7、母线连接继电开关10、电容充电继电开关11、电容放电继电开关12、电容供电继电开关13构成；能够对生产的变桨驱动器的CANopen通信、电机运行控制、模拟量采集、数字量I/O、电机制动释放控制、能量回馈回路控制、硬件故障监测等进行测试；
其中测试驱动器为标准驱动器，与被测驱动器为同一型号，为被测驱动器是否正常提供参考。
PLC1同时与测试驱动器2和被测驱动器3通信，实现驱动器的通信控制、电机运行控制及状态监测。
下面对本发明实现各个测试功能进行详细的说明。
1、模拟量采集信号的测试
所述自动测试系统通过PLC1对比测试驱动器2、被测驱动器3的模拟量采集值，判断被测驱动器的模拟量采集结果是否正常，驱动器的模拟量采集值主要包括驱动器温度、电机温度、驱动器母线电压、超级电容电压、电机运行状态等；
对电机运行参数进行测试时，一号电机5和二号电机6安装在电机对接机械平台上，电机轴通过联轴器对接固定，被测驱动器3采用标准的速度控制模式控制一号电机6运行、测试驱动器2采用测试用转矩运行模式控制二号电机5运行，一号电机5的最大驱动转矩值比二号电机6的额定驱动转矩值偏小一定值；相关测试项启动时，一号电机5拖动二号电机6运行，被测驱动器3和测试驱动器2分别将各自的电机温度、转速等信息上传给PLC，测试驱动器的模拟量采集值为标准的被整定过的正确值，PLC计算对比驱动器的模拟量采集值偏差并输出测试结果；
为了实现被测驱动器的母线电压和电容电压采集值的自动测试，被测驱动器和测试驱动器的母线电压端口DC+/DC-、电容电压检测端口BA+/BA-分别与超级电容组4、电容充电继电开关11、电容放电继电开关12、电容供电继电开关13、电容充放电电阻7进行组合连接；继电开关11、12、13由PLC进行控制，电容充电继电开关11与电容放电继电开关12闭合互锁，两者允许同时断开，不允许同时闭合；当开关11、13同时闭合时，超级电容充电；当开关12、13同时闭合时，超级电容通过电容充放电电阻7放电；
测试母线电压采集和电容电压采集时，电容充电开关11断开、电容放电开关12断开，被测驱动器和测试驱动器分别将母线电压值和电容电压值上传给PLC，PLC对比判断被测驱动器和测试驱动器的母线电压值和电容电压值是否正常并输出测试结果；
为避免驱动器内部相关器件受超级电容电压冲击造成损坏，驱动器上电前母线电压小于一定限值时，电容供电开关13断开，驱动器上电后母线电压大于一定限值时，电容供电开关13闭合；
为了保障被测驱动器的测试进度，缩短测试时间，超级电容组始终处于额定滞环状态。
2、数字采集结果测试
将PLC的DI与被测驱动器的DO连接、PLC的DO与被测驱动器的DI连接；PLC通过CANopen通信控制被测驱动器的DO状态置高和置低，PLC对比PLC的DI状态与被测驱动器的对应DO状态，状态一致则正常；PLC控制PLC的DO状态置高和置低，PLC对比PLC的DO状态与被测驱动器的对应DI状态，状态一致则正常。
3、电机制动释放控制测试
被测驱动器的电机制动释放控制由霍尔传感器9执行检测，驱动器的BR+、BR-端口控制电机制动器，输出电压时电机制动释放、不输出电压时电机制动闭合，驱动器将电机制动释放状态上传给PLC；霍尔传感器检测电机制动释放供电线路的电流值，通过一电路板将其转换为0～10V的电压信号并传送给给PLC，当电压小于2V时，PLC判定电机处于制动状态，当电压大于5V时，PLC判定电机处于制动释放状态，PLC通过对比判断电压信号值和电机制动释放状态，进而判断被测驱动器的电机制动释放控制是否正常。
另外，为了减少测试系统工作时电源的电能消耗，将自动测试系统的被测驱动器的母线正电压端口DC+通过继电开关10与测试驱动器的母线正电压端口DC+连接，电机对拖运行时，继电开关10闭合，自动测试系统采用母线连接的方式将测试驱动器的电机回馈能量传递给被测驱动器；电机停止对拖运行时，继电开关10断开，驱动器母线连接中断，确保其他测试项执行时的系统整体安全，该方式优化了电机对拖运行时的电能供给。
如图2所示，本发明的自动测试系统产品实物由自动测试柜101，超级电容柜102和一号电机5、二号电机6组成。其中一号电机5、二号电机6安装在电机对接机械平台105上，电机轴通过联轴器106对接固定；自动测试柜101中装有PLC1、测试驱动器2、被测驱动器3、霍尔传感器9、电容充放电电阻7、母线连接继电开关1、电容充电继电开关11、电容放电继电开关12和电容供电继电开关13等零部件；超级电容柜12中装配有超级电容组；自动测试柜101与超级电容柜102、一号电机5及二号电机6通过动力及信号电缆进行连接。
如图3所示为本发明自动测试系统的测试流程图，自动测试系统按照流程图所示的顺序依次完成驱动器的模拟量测试、硬件故障测试、电动制动释放测试和制动回路控制测试。
其中如图4所示，为本发明自动测试系统进行母线电压测试时的流程。
本发明提供的自动测试系统主要用于对大型风电机组电动变桨系统交流伺服驱动器的硬件功能和整体性能进行厂内自动检测；该自动测试系统的使用节约了变桨驱动器的测试时间、提高了测试效果、降低了操作人员的要求、优化了人力资源成本、保障了风机用变桨驱动器产品的测试进度和产品质量。
Claims (10)
1.一种风机变桨驱动器自动测试系统，其特征为，包括控制器(1)、测试驱动器(2)、一号电机(5)、二号电机(6)；其中测试驱动器(2)与被测驱动器的型号相同，一号电机(5)和二号电机(6)属同型号的电机，所述一号电机(5)由所述测试驱动器(2)控制，二号电机(6)用于由被测驱动器控制；控制器(1)同时与测试驱动器(2)和被测驱动器(3)通信；
进行测试时，一号电机(5)和二号电机(6)通过联轴器连接，测试驱动器(2)和被测驱动器(3)分别采集一号电机(5)、二号电机(6)的电机温度、驱动器温度、转速运行参数，并将所采集的运行参数上传给控制器(1)，控制器(1)以测试驱动器(2)的采集值为标准值，判断被测驱动器(3)的采集值是否正常。
2.根据权利要求1所述的一种风机变桨驱动器自动测试系统，其特征为，所述控制器的DI与被测驱动器的DO连接、控制器的DO与被测驱动器的DI连接；控制器通过控制被测驱动器的DO状态置高和置低，控制器对比控制器的DI状态与被测驱动器的对应DO状态，状态一致则正常；控制器控制控制器的DO状态置高和置低，控制器对比控制器的DO状态与被测驱动器的对应DI状态，状态一致则正常。
3.根据权利要求1所述的一种风机变桨驱动器自动测试系统，其特征为，还包括安装在被测电机制动释放供电线路上的霍尔传感器(9)，所述霍尔传感器(9)检测得到被测驱动器制动释放供电线路的电流值，将其转换为一定范围的电压值后传送给控制器，当电压小于第一设定值时，控制器判定电机处于制动状态，当电压大于第二设定值时，控制器判定电机处于制动释放状态，控制器通过对比判断电压信号值和电机制动释放状态，进而判断被测驱动器的电机制动释放控制是否正常。
4.根据权利要求1所述的一种风机变桨驱动器自动测试系统，其特征为，还包括母线连接继电开关(10)，所述母线连接继电开关(10)连接在被测驱动器的母线正电压端口DC+与测试驱动器的母线正电压端口DC+之间；电机对拖运行时，继电开关(10)闭合，自动测试系统采用母线连接的方式将测试驱动器的电机回馈能量传递给被测驱动器；电机停止对拖运行时，继电开关(10)断开，驱动器母线连接中断，确保其他测试项执行时的系统整体安全。
5.根据权利要求1所述的一种风机变桨驱动器自动测试系统，其特征为，将被测驱动器的母线电压端口DC+/DC-和测试驱动器的母线电压端口DC+/DC-一一对应连接，被测驱动器和测试驱动器分别将母线电压值上传给控制器进行对比，并判断被测驱动器和测试驱动器的母线电压值是否正常。
6.根据权利要求5所述的一种风机变桨驱动器自动测试系统，其特征为，被测驱动器的电容电压检测端口BA+/BA-和测试驱动器的电容电压检测端口BA+/BA-一一对应连接，被测驱动器和测试驱动器分别将电容电压值上传给控制器进行对比，并判断被测驱动器和测试驱动器的母线电压值和电容电压值是否正常。
7.根据权利要求6所述的一种风机变桨驱动器自动测试系统，其特征为，还包括超级电容组供电模块，所述超级电容组供电模块包括超级电容组(4)、电容充电继电开关(11)、电容放电继电开关(12)、电容供电继电开关(13)和电容充放电电阻(7)；电容充电继电开关(11)、电容放电继电开关(12)连接在测试驱动器的母线电压端口DC+、DC-之间，电容充放电电阻(7)一端与测试驱动器的电容电压检测端口BA+连接，另一端与电容充电继电开关(11)和电容放电继电开关(12)的公共端连接；超级电容组(4)的正极与测试驱动器的电容电压检测端口BA+连接，超级电容组(4)的负极与测试驱动器的母线电压端口DC-及电容电压检测端口BA-连接；所述电容充电继电开关(11)、电容放电继电开关(12)、电容供电继电开关(13)均由控制器进行控制。
8.根据权利要求7所述的一种风机变桨驱动器自动测试系统，其特征为，被测驱动器上电前，即母线电压小于一定限值时，电容供电开关(13)断开，被测驱动器上电后，即母线电压大于一定限值时，电容供电开关(13)闭合，避免驱动器内部相关器件受超级电容电压冲击造成损坏。
9.根据权利要求7所述的一种风机变桨驱动器自动测试系统，其特征为，所述电容充电继电开关(11)与电容放电继电开关(12)闭合互锁，二者不允许同时闭合。
10.根据权利要求1—9任意一项所述的一种风机变桨驱动器自动测试系统，其特征为，所述控制器为PLC。
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