CN106646233A - 风力发电机组电能质量测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电机组电能质量测试装置及方法，涉及风力发电领域。该风力发电机组电能质量测试装置，包括：参数采集单元，从设置在风力发电机组上的功率参数传感器采集功率参数；控制器，与参数采集单元信号连接，将采集的功率参数传输给计算单元；计算单元，计算单元存储有多种电能质量测试算法，与控制器连接，计算单元还存储采集的功率参数，并根据功率参数利用多种电能质量测试算法中的一种或多种进行测试。本发明能够提高进行风力发电机组的电能质量测试的便利性。

Description

风力发电机组电能质量测试装置及方法

技术领域

本发明涉及风力发电领域，尤其涉及风力发电机组电能质量测试装置及方法。

背景技术

在现阶段能源紧缺的情况下，风力发电作为新能源，已经被广泛应用在各个领域中。风力发电的广泛应用使得风力发电机组的安装量和并网容量不断增加。由于风力发电容易受到风况天气的影响，风力发电机组的发出的电能的质量存在较大的波动和不确定性，当风力发电机发出的电能接入电网时，电能的质量的波动会对电网造成冲击。因此需要对风力发电机组的电能质量进行测试，来评估风力发电机组的发电质量，从而能够针对电能质量中可能出现的谐波污染、电压波动等问题进行治理或者改进。

对电能质量进行测试需要采集风力发电机组的功率参数作为基础依据。通常采用传感器来采集对应的功率参数，利用通用测试仪器进行测试。但由于通用测试仪器一般只能进行比较单一的测试，当需要进行多项测试时，需要将多种通用测试仪器带至风力发电机组所在的风电场，便利性差。

发明内容

本发明实施例提供了一种风力发电机组电能质量测试装置及方法，能够提高进行风力发电机组的电能质量测试的便利性。

第一方面，本发明提供一种风力发电机组电能质量测试装置，包括：参数采集单元，从设置在风力发电机组上的功率参数传感器采集功率参数；控制器，与参数采集单元信号连接，将采集的功率参数传输给计算单元；计算单元，存储有多种电能质量测试算法，与控制器连接，计算单元还存储采集的功率参数，并根据功率参数利用多种电能质量测试算法中的一种或多种进行测试。

在第一方面的一些实施例中，控制器还接收测试参数设置指令，对计算单元中存储的电能质量测试算法中的测试参数进行设置。

在第一方面的一些实施例中，功率参数包括风力发电机组的被测点的电压值和电流值，参数采集单元包括高压采集模块和低压采集模块，高压采集模块采集风力发电机组的被测点的电压值，低压采集模块采集风力发电机组的被测点的电流值。

在第一方面的一些实施例中，控制器还按照功率参数对应的功率的大小，对功率参数进行分仓。

在第一方面的一些实施例中，控制器还从风力发电机组获取机组信号，并根据机组信号，判断参数采集单元是否采集功率参数。

在第一方面的一些实施例中，机组信号包括风速、功率、变桨角度和/或温度。

在第一方面的一些实施例中，当机组信号包括风速时，控制单元还按照风速的大小，对功率参数进行分仓。

在第一方面的一些实施例中，上述风力发电机组电能质量测试装置还包括网络对时单元，与控制器连接，与互联网进行对时。

第二方面，本发明实施例提供了一种风力发电机组电能质量测试方法，包括：采集风力发电机组的功率参数；根据功率参数，利用多种电能质量测试算法的一种或多种进行测试。

在第二方面的一些实施例中，功率参数包括风力发电机组的被测点的电压值和电流值，上述风力发电机组电能质量测试方法还包括：根据风力发电机组的被测点的电压值和电流值，计算得到对应的功率；按照功率的大小，对风力发电机组的被测点的电压值和电流值进行分仓，并分仓存储。

在第二方面的一些实施例中，上述风力发电机组电能质量测试方法还包括：采集风力发电机组的机组信号，其中，机组信号包括风速、功率、变桨角度和/或温度。

在第二方面的一些实施例中，当机组信号包括风速时，上述风力发电机组电能质量测试方法还包括：按照风速的大小，对功率参数进行分仓，并分仓存储。

在第二方面的一些实施例中，在分仓存储的步骤之前还包括：判断当前采集的功率参数对应的分仓中的功率参数的数目是否超出预设的容纳数目；若当前采集的功率参数对应的分仓中的功率参数的数目未超出预设的容纳数目，则将当前采集的功率参数存入对应的分仓；若当前采集的功率参数对应的分仓中的功率参数的数目超出预设的容纳数目，则将当前采集的功率参数丢弃。

在第二方面的一些实施例中，上述风力发电机组电能质量测试方法还包括：判断机组信号是否符合预设的机组正常工作条件；若判定机组信号不符合预设的机组正常工作条件，则停止采集风力发电机组的功率参数。

在第二方面的一些实施例中，上述风力发电机组电能质量测试方法还包括：向互联网发送对时指令，对时指令指示互联网向风力发电机组电能质量测试装置发送标准时间信息；接收互联网发送的标准时间信息，并将风力发电机组电能质量测试装置的当前时间调整至与标准时间信息一致。

本发明实施例提供了一种风力发电机组电能质量测试装置及方法，参数采集单元从功率参数传感器采集功率参数，通过控制器将功率参数传输给计算单元，计算单元可以基于功率参数，利用内部存储的多种电能质量测试算法中的一种或几种进行测试，并得到测试结果。本发明实施例利用单个风力发电机组电能质量测试装置可以完成多项电能质量测试，在需要进行多项电能质量测试时，只需要携带一个风力发电机组电能质量测试装置即可，不再需要携带多种通用测试仪器，提高了进行风力发电机组的电能质量测试的便利性。

附图说明

从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。

图1为本发明一实施例中的风力发电机组电能质量测试装置的结构示意图；

图2为本发明另一实施例中风力发电机组电能质量测试装置的结构示意图；

图3为本发明又一实施例中风力发电机组电能质量测试装置的结构示意图；

图4为本发明一实施例中的风力发电机组电能质量测试方法的流程图；

图5为本发明一实施例的一个示意性实施例中风力发电机组电能质量测试方法的流程图；

图6为本发明另一实施例中的风力发电机组电能质量测试方法的流程图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。

图1为本发明一实施例中的风力发电机组电能质量测试装置10的结构示意图，如图1所示，风力发电机组电能质量测试装置10包括参数采集单元11、控制器12和计算单元13。其中，参数采集单元11从设置在风力发电机组上的功率参数传感器20采集功率参数。功率参数是计算功率所需要的基础参数。控制器12与参数采集单元11信号连接，具体可以采用通讯总线15连接，在一个示例中，可以采用高速RS-485总线连接参数采集模块11和控制器12。控制器12还与计算单元13连接，可以将采集的功率参数传输给计算单元。计算单元13存储有多种电能质量测试算法，可以存储采集的功率参数，并根据功率参数利用多种电能质量测试算法中的一种或多种进行测试。电能质量测试算法具体可包括闪变系数测试算法、闪变阶跃系数测试算法、电压变动系数测试算法、谐波电流测试算法、间谐波电流测试算法、电流高频分量测试算法、最大测量有功功率测试算法、无功功率能力测试算法、有功功率升速率限制能力测试算法、有功功率设定值控制能力测试算法、无功功率设定值控制能力测试算法以及电网保护测试算法中的一种或多种。上述电能质量测试算法所需要的基础数据为采集到的功率参数。在一个示例中，可以通过对计算单元的程序进行编程，设定同时进行的电能质量测试。比如，将闪变系数测试、闪变阶跃系数测试和电压变动系数测试设定为同时测试。再比如，将谐波电流测试、间谐波电流测试、电流高频分量测试、最大测量有功功率测试和无功功率能力测试设定为同时测试。从而实现多种电能质量测试的同步测试。

参数采集单元11从功率参数传感器采集功率参数，通过控制器12将功率参数传输给计算单元13，计算单元13可以基于功率参数，利用内部存储的多种电能质量测试算法中的一种或几种进行测试，并得到测试结果。本发明实施例利用单个风力发电机组电能质量测试装置10可以完成多项电能质量测试，在需要进行多项电能质量测试时，只需要携带一个风力发电机组电能质量测试装置10即可，不再需要携带多种通用测试仪器，提高了进行风力发电机组的电能质量测试的便利性。而且风力发电机组电能质量测试装置10为模块化结构，体积较小，便于携带。

图2为本发明另一实施例中风力发电机组电能质量测试装置10的结构示意图。在一示意性示例中，功率参数可包括风力发电机组的被测点的电压值和电流值。如图2所示，上述参数采集单元11包括高压采集模块111和低压采集模块112。可以在风力发电机组被测点设置电压传感器201和电流传感器202，在一个示例中，电压传感器201和电流传感器202可以采用三相星接法接入到风力发电机组的被测点的铜排上。其中电压传感器201感测风力发电机组的被测点的电压值，电流传感器202感测风力发电机组的被测点的电流值。高压采集模块111与电压传感器201连接，可采集风力发电机组的被测点的电压值。低压采集模块112与电流传感器202连接，电流传感器202采集的电流信号转换为电压低压信号进入低压采集模块112，低压采集模块112通过采集电压低压信号来采集风力发电机组的被测点的电流值。

在本发明另一示意性示例中，控制器12还接收测试参数设置指令，对计算单元13中存储的电能质量测试算法中的测试参数进行设置。测试参数设置指令用于设置电能质量测试算法中的测试参数。具体的，测试参数可以包括但不限于电能质量测试项中的电压、功率、采样率、采样周期、功率参数数目中的一项或多项。计算单元13在控制器12的控制下设置测试参数，在测试参数设置完毕后，运行电能质量测试算法，并记录测试结果。计算单元中可设置有存储器，将测试结果存储入存储器中。

控制器12还可按照功率参数对应的功率的大小，对功率参数进行分仓。在一个示例中，根据功率参数可以得到功率，比如，功率参数包括电压和电流，则根据电流和电压，得到对应的功率。按照功率的大小，对功率参数进行分仓，能够得到一个功率段的功率参数。比如，预先设置功率范围0～3kW分为3个仓，分别为0～1kW、1kW～2kW和2kW～3kW，若共得到5组功率参数，若这5组功率参数对应的功率分别为1.3kW、1.8kW、0.9kW、2.3kW和2.6kW，则将1.3kW和1.8kW各自对应的功率参数分至1kW～2kW的仓中，将0.9kW对应的功率参数分至0～1kW的仓中，将2.3kW和2.6kW各自对应的功率参数分至2kW～3kW的仓中。控制器12对功率参数进行分仓，从而能够在风力发电机组的全功率段进行电能质量测试，与现有技术中人工制定单一的功率点，在单一功率点下进行电能质量测试的方案相比，本发明实施例操作更加简便，且在无操作人员值守的情况下，也可以完成风力发电机组的全功率段的电能质量测试。

在另一个示例中，如图2所示，控制器12还从风力发电机组获取机组信号，比如，从风力发电机组的PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制)控制模块中获取机组信号，并根据机组信号，控制参数采集单元11是否采集功率参数。其中，机组信号包括但不限于风速、功率、变桨角度和/或温度。机组信号可以通过CAN(控制器局域网络)总线、Profibus(过程现场总线)和/或Modbus等通讯方式接入控制器12。

当风力发电机组出现异常时，采集到的功率参数并不能作为有效参数，会为电能质量测试带来不良影响。根据机组信号，可以得知风力发电机组是否出现异常，从而控制参数采集单元11继续采集功率参数或停止采集功率参数，形成闭环测量，保证采集到的功率参数的有效性，避免电能质量测试出现错误后的多次重新测试。

当机组信号包括风速时，控制单元12还按照风速的大小，对功率参数进行分仓。风速也是进行电能质量测试的一个重要指标，可以根据采集功率参数的时间以及采集功率参数的时间，来确定在同一时刻或同一时间段内的风速和功率参数，再按照风速的大小，对与风速对应的功率参数进行分仓。分仓后的功率参数可以存储在计算单元中，计算单元具体可以为便于携带的工控机或计算机等。

图3为本发明又一实施例中风力发电机组电能质量测试装置10的结构示意图。如图3所示，风力发电机组电能质量测试装置10还包括网络对时单元14，网络对时单元14与控制器连接，与互联网进行对时，使得风力发电机组电能质量测试装置10的时间为标准时间，风力发电机组电能质量测试装置10采集到的功率参数或机组信号能够在标准时间上对应，也方便在后期时对同一时刻或同一时间段内的不同功率参数和/或机组信号进行对比分析。

对应的，图4为本发明一实施例中的风力发电机组电能质量测试方法的流程图，如图4所示，风力发电机组电能质量测试方法包括步骤S301和步骤S302。

在步骤S301中，采集风力发电机组的功率参数。

在步骤S302中，根据功率参数，利用多种电能质量测试算法的一种或多种进行测试。

在本发明实施例的一个示意性实施例中，功率参数包括风力发电机组的被测点的电压值和电流值。图5为本发明一实施例的一个示意性实施例中风力发电机组电能质量测试方法的流程图，如图5所示，上述风力发电机组电能质量测试方法还可以包括步骤S303至步骤S307。

在步骤S303中，根据风力发电机组的被测点的电压值和电流值，计算得到对应的功率。

比如，共得到5组功率参数，若这5组功率参数分别为U1和A1、U2和A2、U3和A3、U4和A4和U5和A5，其中U代表电压，A代表电流，根据电压和电流能够得到每组功率参数对应的功率大小，U1×A1＝1.3kW，U2×A2＝1.8kW，U3×A3＝0.9kW，U4×A4＝2.3kW，U5×A5＝2.6kW。

在步骤S304中，按照功率的大小，对风力发电机组的被测点的电压值和电流值进行分仓，并分仓存储。

比如，预先设置功率范围0～3kW分为3个仓，分别为0～1kW、1kW～2kW和2kW～3kW，可将步骤S303中的5组功率参数分配至3个仓中，将U1和A1、U2和A2分至1kW～2kW的仓中存储，将U3和A3分至0～1kW的仓中存储，将U4和A4和U5和A5分至2kW～3kW的仓中存储。

在步骤S305中，判断当前采集的功率参数对应的分仓中的功率参数的数目是否超出预设的容纳数目。

其中，为了保证分仓中具有足够数量的功率参数，同时也可以尽量减少每个分仓中功率参数的冗余数量，预先设定没个分仓的容纳数目，具体可以根据测试场景以及预期要求设定。

在步骤S306中，若当前采集的功率参数对应的分仓中的功率参数的数目未超出预设的容纳数目，则将当前采集的功率参数存入对应的分仓。

在一个示例中，分仓可以存储在风力发电机组电能质量测试装置的计算单元中。

在步骤S307中，若当前采集的功率参数对应的分仓中的功率参数的数目超出预设的容纳数目，则将当前采集的功率参数丢弃。

在本发明的另一实施例中，还可以采集风力发电机组的机组信号。图6为本发明另一实施例中的风力发电机组电能质量测试方法的流程图，如图6所示，风力发电机组电能质量测试方法还可以包括步骤S308和步骤S309。

在步骤S308中，判断机组信号是否符合预设的机组正常工作条件。

其中，机组信号可包括但不限于风速、功率、变桨角度和/或温度。

在步骤S309中，若判定机组信号不符合预设的机组正常工作条件，则停止采集风力发电机组的功率参数。若判定机组信号符合预设的机组正常工作条件，则执行步骤S301，继续采集风力发电机组的功率参数。

由于机组信号不符合预设的机组正常工作条件时，表示风力发电机组运行出现异常，此时，风力发电机组不会立刻停止运行，往往会限功率运行，在限功率运行的过程中采集的功率参数没有参考价值，属于无效数据。因此在机组信号不符合预设的机组正常工作条件时，停止采集风力发电机组的功率参数，避免采集到的无效数据和有效数据混杂在一起，影响电能质量测试的测试结果和分析结果。若判定机组信号符合预设的机组正常工作条件，则继续采集风力发电机组的功率参数。

比如，机组信号包括温度，预设的机组正常工作条件为温度处于正常温度阈值范围内。当温度不在正常温度阈值范围内时，停止采集风力发电机组的功率参数。直至检测到温度恢复至正常温度阈值范围内时，再采集风力发电机组的功率参数。又比如，机组信号包括变桨速度，预设的机组正常工作条件为变桨速度处于正常变桨速度阈值范围内。当变桨速度不在正常变桨速度阈值范围内时，停止采集风力发电机组的功率参数。直至变桨速度恢复至正常变桨速度阈值范围内时，再采集风力发电机组的功率参数。

在本发明另一实施例的一个示意性示例中，若机组信号包括风速时，上述风力发电机组电能质量测试方法还可以包括步骤S310。

在步骤S310中，按照风速的大小，对功率参数进行分仓，并分仓存储。

其中，由于在采集功率参数的同时，也在采集风速，根据采集功率参数的时间和采集风速的时间，可以建立风速与功率参数的对应关系。从而按照风速的大小，对与风速对应的功率参数进行分仓，并存储。比如采集到的风速有V1、V2、V3、V4和V5，V1对应的功率参数为U1和A1，V2对应的功率参数为U2和A2，V3对应的功率参数为U3和A3，V4对应的功率参数为U4和A4，V5对应的功率参数为U5和A5。预先设置3个风速范围F1、F2和F3，分别对应仓1、仓2和仓3，其中V1和V5属于风速范围F1，V2属于风速范围F2，V3和V4属于风速范围F3，则将U1和A1、U5和A5分至仓1中存储，将U2和A2分至仓2中存储，将U3和A3、U4和A4分至仓3中存储。

需要说明的是，也可以在步骤S310后执行上述步骤S305-步骤S307，从而保证按照风速分仓，可以保证分仓中具有足够数量的功率参数，同时也可以尽量减少每个分仓中功率参数的冗余数量。

在本发明又一实施例中，为了实现风力发电机组电能质量测试装置与互联网的对时，风力发电机组电能质量测试方法还可以包括步骤S311和步骤S312。

在步骤S311中，向互联网发送对时指令。

其中，对时指令指示互联网向风力发电机组电能质量测试装置发送标准时间信息。互联网接收到对时指令后，会向风力发电机组电能质量测试装置发送标准时间信息。

在步骤S312中，接收互联网发送的标准时间信息，并将风力发电机组电能质量测试装置的当前时间调整至与标准时间信息一致。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神之后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。

Claims (15)

1.一种风力发电机组电能质量测试装置，其特征在于，包括：

参数采集单元，从设置在风力发电机组上的功率参数传感器采集功率参数；

控制器，与所述参数采集单元信号连接，将采集的所述功率参数传输给计算单元；

所述计算单元，存储有多种电能质量测试算法，与所述控制器连接，所述计算单元还存储采集的功率参数，并根据所述功率参数利用所述多种电能质量测试算法中的一种或多种进行测试。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器还接收测试参数设置指令，对所述计算单元中存储的电能质量测试算法中的测试参数进行设置。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述功率参数包括风力发电机组的被测点的电压值和电流值，

所述参数采集单元包括高压采集模块和低压采集模块，所述高压采集模块采集风力发电机组的被测点的电压值，所述低压采集模块采集风力发电机组的被测点的电流值。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器还按照所述功率参数对应的功率的大小，对所述功率参数进行分仓。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，所述控制器还从所述风力发电机组获取机组信号，并根据所述机组信号，判断所述参数采集单元是否采集所述功率参数。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述机组信号包括风速、功率、变桨角度和/或温度。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，当所述机组信号包括风速时，所述控制单元还按照风速的大小，对所述功率参数进行分仓。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括网络对时单元，与所述控制器连接，与互联网进行对时。

9.一种风力发电机组电能质量测试方法，其特征在于，包括：

采集风力发电机组的功率参数；

根据所述功率参数，利用多种电能质量测试算法的一种或多种进行测试。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述功率参数包括风力发电机组的被测点的电压值和电流值，

所述方法还包括：

根据所述风力发电机组的被测点的电压值和电流值，计算得到对应的功率；

按照功率的大小，对所述风力发电机组的被测点的电压值和电流值进行分仓，并分仓存储。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：

采集风力发电机组的机组信号，其中，所述机组信号包括风速、功率、变桨角度和/或温度。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，当所述机组信号包括风速时，所述方法还包括：

按照风速的大小，对所述功率参数进行分仓，并分仓存储。

13.根据权利要求10或12所述的方法，其特征在于，在分仓存储的步骤之前还包括：

判断当前采集的功率参数对应的分仓中的功率参数的数目是否超出预设的容纳数目；

若当前采集的功率参数对应的分仓中的功率参数的数目未超出预设的容纳数目，则将当前采集的功率参数存入对应的分仓；

若当前采集的功率参数对应的分仓中的功率参数的数目超出预设的容纳数目，则将当前采集的功率参数丢弃。

14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：

判断所述机组信号是否符合预设的机组正常工作条件；

若判定所述机组信号不符合预设的机组正常工作条件，则停止采集风力发电机组的功率参数。

15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：

向互联网发送对时指令，所述对时指令指示所述互联网向所述风力发电机组电能质量测试装置发送标准时间信息；

接收所述互联网发送的所述标准时间信息，并将所述风力发电机组电能质量测试装置的当前时间调整至与标准时间信息一致。