CN107269475B - 风力发电机组的模拟负载试验系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电机组的模拟负载试验系统和方法。该系统包括：可调负载、控制回路、控制模块和数据采集处理模块；可调负载包括感性负载元件、阻性负载元件和容性负载元件，用于模拟风力发电机组中的真实负载；控制回路包括继电器和接触器；控制模块根据设置的试验控制参数，利用真实负载的参数调节可调负载的参数，并根据试验控制参数控制继电器和接触器执行通断动作；数据采集处理模块采集所述接触器和继电器执行通断动作时的工作状态数据，并分析工作状态数据，评估继电器和接触器在试验控制参数下的通断性能。根据本发明实施例的模拟负载试验系统，可以模拟风力发电机组实际工况，实现对机组电控系统中的低压电器件进行相关指标测试。

Description

风力发电机组的模拟负载试验系统和方法

技术领域

本发明涉及风电系统测试领域，尤其涉及风力发电机组的模拟负载试验系统和方法。

背景技术

在风力发电技术领域中，风力发电机组的电控系统是风力发电机组实现自动化功能的重要组件。在电控系统中，普遍采用继电器、接触器和感性负载的系统配置，由于继电器和接触器多属于标准件，因此，很多风机制造商并不会对继电器和接触器提出除电性能需求之外的其他规格指标要求，导致继电器和接触器在风力发电机组上应用时，容易损坏，造成风力发电机组的发电量损失。

由于风力发电机组自身电环境、所处自然环境以及负载特性等复杂因素，继电器和接触器所受外界应力较为复杂，要研究继电器和接触器的失效模式，在继电器和接触器发生故障时进行原因分析，需要一套可以模拟风力发电机组电控系统实际负载能力的测试系统。

例如，在风力发电机组中偏航电机、变桨电机以及水冷散热风扇均为感性负载。这类部件在启动时需要一个比维持正常运转所需电流大得多(大约在3-7倍)的启动电流。在风力发电机组正常运行的过程中，感性负载频繁地接通电源，频繁产生的启动电流施加到继电器和接触器组成的控制回路上，容易引发继电器和接触器故障。

目前，行业中的负载测试平台不能模拟风力发电机组实际工况，特别是不能精确模拟感性负载的启动、停止给控制回路带来的影响。并且，在负载测试过程中，多采用人工手动调节试验负载，无法精准控制试验过程，导致继电器和接触器的试验数据精度较低。

发明内容

本发明实施例提供一种模拟负载试验方法和系统，可以模拟风力发电机组电控系统中继电器和接触器的实际工作环境，对继电器和接触器等低压电器件的负载能力进行相关指标测试，并为分析和评估加载应力与继电器和接触器之间的影响规律提供精确的试验数据。

根据本发明实施例的一方面，提供一种模拟负载试验系统，该模拟负载试验系统包括：可调负载、控制回路、控制模块和数据采集处理模块；

其中，可调负载包括感性负载元件、阻性负载元件和容性负载元件，用于模拟风力发电机组中的真实负载；

控制回路包括继电器和接触器，继电器的一端与控制模块连接，继电器的另一端与接触器的一端连接，接触器的另一端连接与可调负载连接；

控制模块还分别与可调负载和数据采集处理模块连接，在控制模块中根据试验项目设置试验控制参数，利用真实负载的参数调节可调负载的参数，并根据试验控制参数控制继电器和接触器执行通断动作；

数据采集处理模块用于采集所述接触器和继电器执行通断动作时的工作状态数据，并分析工作状态数据，评估继电器和接触器在试验控制参数下的通断性能。

根据本发明实施例的另一方面，提供一种模拟负载试验方法，包括：

构建可调负载、控制回路、控制模块和数据采集处理模块，其中，可调负载包括感性负载元件、阻性负载元件和容性负载元件，控制回路包括继电器和接触器，继电器的一端与控制模块连接，继电器的另一端与接触器的一端连接，接触器的另一端连接与可调负载连接；

在控制模块中根据试验项目设置试验控制参数，控制模块利用风力发电机组中真实负载的参数调节可调负载的参数，并根据试验控制参数控制继电器和接触器执行通断动作；

数据采集处理模块采集接触器和继电器执行通断动作时的工作状态数据，并分析工作状态数据，评估继电器和接触器在试验控制参数下的通断性能。

通过本发明实施例提供的模拟负载试验方法和系统结合风力发电机组电控系统特征，模拟风力发电机组中包含感性负载的实际工况，可以更准确地进行机组中继电器和接触器的工作状态数据监测和应力影响评估参数计算，提高试验精度，为后续分析继电器和接触器的故障与加载应力之间的因果关系和影响规律提供了重要依据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是示出根据本发明一实施例的模拟负载试验系统的结构示意图；

图2是示出根据本发明另一实施例的模拟负载试验系统的结构示意图；

图3是根据本发明一实施例的模拟负载试验方法的流程图；

图4是根据本发明另一实施例的模拟负载试验方法的流程图；

图5是图3中评估继电器和接触器在试验控制参数下的通断性能的详细流程图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，标记说明如下：

100-模拟负载试验系统；

110-可调负载；120-控制回路；130-控制模块；140-数据采集处理模块；150-测试模块；160-供电模块；170-输入模块；180-输出模块；190-存储模块。

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，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，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更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

为了更好的理解本发明，下面结合附图，详细描述根据本发明实施例的风力发电机组(以下可以简称机组)的模拟负载试验系统和方法。应注意，这些实施例并不是用来限制本发明公开的范围。

图1示出了根据本发明一实施例提供的风力发电机组的模拟负载试验系统(以下可以简称模拟负载试验系统)的结构示意图。如图1所示，根据本发明实施例的模拟负载试验系统100包括：可调负载110、控制回路120、控制模块130和数据采集处理模块140。

可调负载110包括感性负载元件、阻性负载元件和容性负载元件，用于模拟风力发电机组中的真实负载。

控制回路120包括继电器和接触器，继电器的一端与控制模块连接，继电器的另一端与接触器的一端连接，接触器的另一端连接与可调负载连接。

控制模块130还分别与可调负载110和数据采集处理模块140连接，在控制模块130中根据试验项目设置试验控制参数，利用真实负载的参数调节可调负载110的参数，并根据试验控制参数控制继电器和接触器执行通断动作。

数据采集处理模块140用于采集接触器和继电器执行通断动作时的工作状态数据，并分析工作状态数据，评估继电器和接触器在试验控制参数下的通断性能。

通过本发明实施例的模拟负载试验系统，可以模拟风电机组电控系统的实际工况，对继电器和接触器在控制模块的控制下执行启停操作，从而实现对继电器和接触器等风力发电机组的电控系统中普遍应用的低压电器件进行相关指标测试。

图2示出了根据本发明另一实施例提供的模拟负载试验系统的结构示意图。如图2所示，模拟负载试验系统100包括：可调负载110、继电器K1和接触器Km1组成的控制回路120(图中未示出)、控制模块130、数据采集处理模块140、测试模块150以及供电模块160。但本发明并不局限于以上描述的以及在图2中示出的特定的模块，在一些实施例中，模拟负载试验系统100可以包含更灵活的模块配置，下面结合具体的实施例进行说明。

在一些实施例中，根据试验项目和试验要求，试验负载可以是单一的可调负载器件，例如感性负载元件、容性负载元件或阻性负载元件，也可以自由组合可调负载器件中的任意两种负载器件组合或三种负载组合。

在一些实施例中，可调负载110可以模拟风力发电机组中的感性负载。也就是说，待模拟的真实负载为风力发电机组中的感性负载，则可调负载110可以是感性负载元件或感性负载元件与所述阻性负载元件的组合。

作为一个示例，可调负载110与待模拟的风力发电机组中的感性负载具有相同的功率。

在该实施例中，控制模块130具体用于利用风力发电机组中的感性负载的参数调节感性负载元件的参数，根据试验控制参数控制继电器和接触器执行通断动作。

在一些实施例中，在控制模块130中根据试验项目设置的试验控制参数包括对继电器和接触器的加载应力的步幅调整参数和工作循环的控制参数。

作为一个示例，为模拟机组电控系统的实际工况，加载应力可以包括温度、功率、电压、电流、振动、冲击、加速度等。

根据加载应力的不同，可以使用对应的应力传感器采集继电器和接触器的应力测试数据。

作为一个示例，可以使用振动传感器监测继电器或接触器的测试点加速度，使用温度传感器监测控制回路120中测试点温度，以及使用霍尔传感器监测控制回路120中测试点电流和测试点电压等。

在该实施例中，加载应力的步幅调整参数包括如下项中的一项或两项以上：加载应力的初始值、加载应力的上限值、加载应力的调节步长、调节步长的调节次数。

具体地，工作循环的控制参数包括如下项中的一项或两项以上：每个应力水平下的应力加载时间、每个应力水平下的工作循环次数、工作循环次数的限制完成时间、工作循环中继电器的通电时长、工作循环中继电器的断开时长，其中，应力水平是根据加载应力的初始值、加载应力的上限值和调节步长确定的。

在一些实施例中，试验控制参数还包括继电器和接触器的额定参数。

作为一个示例，接触器的额定参数可以包括：接触器主触点额定工作电压、接触器主触点额定工作电流、接触器线圈额定电压、接触器辅助触点额定电压、接触器辅助触点额定工作电流中的一项或两项以上。

作为一个示例，继电器的额定参数可以包括：继电器线圈额定电压、继电器线圈额定电流、继电器触点额定电压、继电器触点额定电流中的一项或两项以上。

在该实施例中，可以在控制模块130中通过额定参数的设置对继电器和接触器构成的控制回路120的额定工作条件进行限定。

具体地，可以通过设置步幅调整参数用于使整个模拟负载试验系统的电气回路满足试验规定的参数值，例如电压的步幅调整或电流的步幅调整。

在一些实施例中，模拟负载试验系统100可以包括供电模块160，供电模块160可以在控制模块130的控制下，根据上述实施例中设置的加载应力的步幅调整参数和额定参数，保证模拟负载试验系统100的各个电气回路满足试验要求。

作为一个示例，供电模块160可以作为继电器线圈供电的电源、对接触器线圈供电的电源、对接触器主触点控制电路供电的电源、对接触器辅助触点反馈电路供电的电源以及接触器外挂辅助触点供电的电源。

在一些实施例中，供电模块160可以为控制模块130、测试模块150、数据采集处理模块140等模拟负载试验系统100中各个模块供电。

在一些实施例中，可以在控制模块130中设置模拟负载试验的工作循环的控制参数，形成控制模块130的控制逻辑，从而使控制回路120按照试验要求在整个试验系统的工作回路中执行工作循环。

在一些实施例中，在进行模拟负载试验的工作回路中，供电模块160可以在控制模块130的控制下，使整个负载试验系统100的各个电气回路满足试验控制参数的参数值，例如加载应力的步幅调整参数中对电压的步进调整和对电流的步进调整。

为了便于理解，下面结合表1、表2和表3，示例性的说明在模拟风力发电机组水冷散热风扇工作回路试验中，根据试验项目或试验要求设置的继电器和接触器的试验控制参数。

表1示例性地示出了考察大电流对接触器主触点影响的试验项目中，在控制模块130中设置的试验控制参数。

表1

如表1所示，在考察大电流对接触器主触点影响的试验项目中，可以通过加载应力的步幅调整参数设定在每个工作循环中步进增大接触器主触点工作电流，接触器主触点工作电流的初始值可以是3.65A，上限值可以是250A，在每个工作循环中，可以对接触器主触点工作电流作出如下调整：分别按照步长30A调节接触器主触点工作电流3次、以按照步长20A调节接触器主触点工作电流3次以及按照步长15A调节接触器主触点工作电流3次。其中，将继电器线圈通电3秒，断开10秒作为一个工作循环，该试验项目需要进行100个工作循环。

表2示出了考察低频振动对继电器和接触器触点开合动作的影响的试验项目中，在模拟负载试验系统的控制模块中设置的试验控制参数。

表2

如表2所示，在考察低频振动对继电器和接触器触点开合动作的影响的试验项目中，可以使用振动台作为模拟负载试验系统中真实振动环境效应的试验设备。

在一些实施例中，对控制回路120进行振动模拟试验时，可以将控制回路120放置与振动台台面，振动台在频率范围内根据设置的试验控制参数发生振动，从而对控制回路的振动特性进行模拟试验。

继续参考表2，在额定参数的限定下，可以通过加载应力的步幅调整参数设定每个工作循环中步进增大振动台的振幅，振动台振幅初始值例如可以是±1mm，对应的振动台振幅上限值可以是振动台的振幅上限，振幅步长为1mm。

由于在低频阶段，振动对控制回路中继电器的位移量和接触器的位移量的影响较大比较容易监测，因此在振动的低频阶段可以将振动台的位移量作为试验控制参数和监测对象；在高频阶段，振动对控制回路中继电器的位移量和接触器的位移量的影响较小比较不容易监测，因此在振动的高频阶段可以使用振动台的加速度作为试验控制参数和监测对象。

在本发明实施例中，可以根据具体实验项目选择使用适当的试验设备，并结合选择使用的试验设备进行相关试验控制参数的设定。

表3示出了考察高温对继电器和接触器触点开合动作的影响的试验项目中，在模拟负载试验系统的控制模块中设置的试验控制参数。

表3

如表3所示，在高温对继电器和接触器触点开合动作的影响的试验项目中，可以根据具体试验项目设置一组或两组以上的步幅调整参数和试验控制参数，通过步幅调整参数和试验控制参数的组合，在模拟负载试验系统中逐步测试该试验项目。

作为一个示例，可以根据表3中示例性示出的步幅调整参数和试验控制参数，在额定参数的限定下，模拟负载试验系统110中的继电器和接触器从40℃步进增温，步幅10℃，每个温度水平下保温X分钟。并在每个温度水平下执行如下每个试验步骤中的工作循环：

工作循环示例1：步进增加继电器线圈电压，先降至0V再上升，按照步长8V调节继电器线圈电压2次，按照步长0.5V调节继电器线圈电压X次，每个电压水平下重复3次继电器线圈吸合试验。

工作循环示例2：逐步降低继电器线圈电压，先升至24V再下降，按照步长-9V调节继电器线圈电压2次，按照步长-0.5V调节继电器线圈电压X次，每个电压水平下重复3次继电器线圈释放试验。

工作循环示例3：保证继电器吸合状态，步进增加接触器线圈电压，先降至0V开始步进，按照步长90V调节接触器线圈电压2次，按照步长5V调节接触器线圈电压X次，每个电压水平下重复3次接触器线圈释放试验。

工作循环示例4：再步进降低接触器线圈电压，先升至230V开始下降，按照步长-40V调节接触器线圈电压2次，按照步长-5V调节接触器线圈电压X次，每个电压水平下重复3次接触器线圈释放试验。

在本发明实施例中，可以将一次继电器的通电到断开过程作为一个工作循环。作为一个示例，继电器线圈通电3秒，断开10秒为一个工作循环。

在上述表1、表2和表3中，可以依据预设的试验大纲并结合实际情况调整试验控制参数。

如图2所示，在一些实施例中，模拟负载试验系统100还可以包括测试模块150，控制模块130控制测试模块150，按照上述实施例中的试验控制参数，自动选取控制回路中的工作状态数据测量点，并可以发出测试信号，数据采集处理模块140在选取的测试点采集接触器和继电器执行通断动作时的工作状态数据。

作为一个示例，控制回路中接触器或继电器的工作状态数据包括如下项中的一项或两项以上：线圈电流、线圈电压、触点开关的电流、触点开关的电压、触点开关的接触电阻、线圈电源开关的接通时刻、线圈电源开关的断开时刻、触点开关的接通时刻、触点开关的断开时刻、吸合动作时长、释放动作时长、吸合状态保持时间、断开状态保持时间、每个应力水平下的吸合电压、每个应力水平下的吸合电流、每个应力水平下的释放电压、每个应力水平下的释放电流。

作为一个示例，表4示例性地示出了根据本发明实施例的模拟负载试验系统中，数据采集处理模块140采集的继电器和接触器的工作状态数据。

表4

如表4所示，在本发明实施例的模拟负载试验中，控制模块可以控制数据采集处理模块根据具体的试验项目选择需要的工作状态数据。

在一些实施例中，采集的工作状态数据中测量点的电压可以包括输入电压和输出电压，以及采集的工作状态数据中测量点的电流包括输入电流和输出电流。

在本发明实施例中，模拟负载的试验过程中的输入电压与输出电压可以保持不变，但是对应的输入电流与输出电流可能会发生变化，变化的原因是触点开关接触电阻变化导致。数据采集处理模块可以依据采集的触点开关的电压和通过触点开关电接触处电流的电流差值，计算该触点开关的接触电阻。

在本发明实施例中，为了判断控制回路的故障与加载应力之间的因果关系和影响规律，在试验过程的每个应力水平的每次工作循环中，可以根据具体试验项目监测并记录继电器线圈、继电器触点开关、接触器线圈、接触器主触点开关、接触器辅助触点开关和/或接触器外挂辅助触点开关等电气元件的电流数据和电压数据。

在一些实施例中，可以检测并记录上述电气元件的电流数据和电压数据随时间变化的情况。

作为一个示例，在考察大电流对接触器主触点影响的试验项目中，数据采集处理模块140在控制模块130的控制下，监测继电器线圈电源开关的接通时刻和断开时刻、继电器触点开关的接通时刻和断开时刻、接触器主触点开关的接通时刻和断开时刻、接触器辅助触点开关的接通时刻和断开时刻、以及该示例中的电气元件从接通时刻到断开期间的电压值和电流值。

在上述实施例中，继电器触点开关无电流通过时，判断继电器触点开关为断开状态；接触器触点开关上无电流通过时，判断接触器触点开关为断开状态。

在本发明实施例中，数据采集处理模块140根据具体试验项目，在控制模块130的控制下监测和采集相关电气元件的测试数据，这些测试数据构成了控制回路120中继电器和接触器的工作状态数据，为后续数据分析和处理提供依据。

在一些实施例中，数据采集处理模块140可以将检测到的工作状态数据反馈给控制模块130。

对应的，在一些实施例中，控制模块130还可以用于分析数据采集处理模块140反馈的工作状态数据，确定继电器和接触器的工作状态。

具体地，当继电器的工作状态数据满足继电器失效条件时，确定继电器的工作状态为失效状态，继电器失效条件为如下项中的一项或两项以上：继电器的触点开关的接触电阻大于继电器接触电阻阈值、继电器的吸合动作时长大于继电器吸合时长阈值、继电器的释放动作时长大于继电器释放时长阈值、继电器的触点开关的吸合电流小于继电器吸合电流阈值、继电器的触点开关的释放电流大于继电器释放电流阈值。

具体地，当接触器的工作状态数据满足接触器失效条件时，确定接触器的工作状态为失效状态，接触器失效条件为如下项中的一项或两项以上：接触器的触点开关的接触电阻大于接触器接触电阻阈值、接触器的吸合动作时长大于接触器吸合时长阈值、接触器的释放动作时长大于接触器释放时长阈值、接触器的触点开关的吸合电流小于接触器吸合电流阈值、接触器的触点开关的释放电流大于接触器释放电流阈值。

作为一个示例，在上述考察大电流对接触器主触点影响的试验项目中，接触器吸合动作时长大于接触器吸合时长阈值，例如接触器吸合动作发生延迟时间大于2.5秒、接触器释放动作时长大于接触器释放时长阈值，例如接触器释放动作延迟时间大于2.5秒、接触器辅助触点吸合电流小于5mA或接触器释放时电流大于5mA时，控制模块130即判定接触器的工作状态为失效状态。

在一些实施例中，当继电器的工作状态为失效状态或接触器的工作状态为失效状态时，确定模拟负载试验系统为故障状态。

在一些实施例中，试验过程中继电器或接触器发生物理损坏时，控制模块130可以确定模拟负载试验系统100为故障状态。

在一些实施例中，控制模块130还用于当继电器的工作状态为失效状态或接触器的工作状态为失效状态时，控制模拟负载试验系统停止试验。

作为一个示例，继电器或接触器外壳因高温或低温变形导致故障出现时，控制模块130控制模拟负载试验系统100结束试验过程。

在一些实施例中，当试验控制参数满足预设的试验终止条件时，控制模拟负载试验系统停止模拟负载试验。

具体地，根据加载应力的步幅调整参数中加载应力的初始值、加载应力的调节步长和调节步长的调节次数，确定加载应力的调节上限，加载应力达到所述调节上限时，停止模拟负载试验。

在该实施例中，控制模块130用于当模拟负载试验系统100为故障状态或者试验控制参数满足预设的试验终止条件时，控制模拟负载试验系统100停止模拟负载试验。

在一些实施例中，控制模块130可以根据工作状态数据确定模拟负载试验系统是否为正常工作状态。

模拟负载试验系统100为正常状态时，根据控制回路120中触点开关的电流计算第一触点开关电流参数，第一触点开关电流参数包括触点开关的电流的最大峰值、触点开关的电流的平均峰值和触点开关的电流的平均稳定值中的一项或两项以上，以及

根据控制回路120中触点开关的电压计算第一触点开关电压参数，第一触点开关电压参数包括触点开关的电压的最大峰值、触点开关的电压的平均峰值和触点开关的电压的平均稳定值中的一项或两项以上。

模拟负载试验系统100为故障状态时，根据控制回路120中触点开关的电流计算第二触点开关电流参数，第二触点开关电流参数包括触点开关的电流的峰值和/或触点开关的电流的稳定值，以及

根据控制回路120中触点开关的电压计算第二触点开关电压参数，第二触点开关电压参数包括触点开关的电压的峰值和/或触点开关的电压的稳定值。

在一些实施例中，将上述控制回路120中第一触点开关电流参数、第一触点开关电压参数、第二触点开关电流参数、第二触点开关电压参数和触点开关的接触电阻值作为通断性能评估参数，通过通断性能评估参数评估继电器和接触器在试验控制参数下的通断性能。

在一些实施例中，控制模块130可以通过可编程逻辑控制器(Programmable LogicController，PLC)编程实现对模拟负载试验系统100中各个模块的实时控制，使模拟负载试验系统100按照控制模块130设置的试验控制参数执行模拟负载试验过程。

如图2所示，在一些实施例中，模拟负载试验系统100还可以包括输入模块(图中未示出)，通过输入模块可以在控制模块130中设置上述实施例中的试验控制参数。

作为一个示例，输入模块可以是人机交互界面HMI。HMI与控制模块130之间可以通过串行通讯接口例如RS485接口进行通讯。

继续参考图2，在一些实施例中，模拟负载试验系统100还可以包括输出模块180，用于输出该数据采集处理模块140通过分析工作状态数据获得的通断性能评估参数。

在一些实施例中，输出模块180还可以用于输出继电器和接触器的工作状态数据的电压波形图和电流波形图。输出模块180将上述输出信息输出到模拟负载试验系统100的外部供用户使用。

在另外一些实施例中，模拟负载试验系统100还可以包括存储模块190，用于存储数据采集处理模块140中计算得到的通断性能评估参数和生成的电压波形图和电流波形图等数据信息。

下面继续参考图2，描述根据本发明示例性实施例的模拟负载试验系统。在一些实施例中，为考察风力发电机组中的感性负载对继电器和接触器的影响，首先需要以风力发电机组中的感性负载的参数为基准，调节模拟负载试验系统100中可调负载110中的感性负载元件的参数。

作为一个示例，可调负载110可以是感性负载元件和阻性负载元件的组合。在模拟风力发电机组中的一个水冷散热风扇工作回路的试验中，一个水冷散热风扇的功率例如为3KW，将可调负载110的功率调整为3KW。

接着，为模拟机组电控系统100中的感性负载工作过程中频繁接通电源的工作过程，考察每次接通电源瞬间，风力发电机组的工作回路中产生的比维持工作回路正常运转所需电流大得多的启动电流对继电器和接触器的影响，可以在控制模块130中设置加载应力例如大电流的步幅调整参数和工作循环的控制参数。

具体地，供电模块160可以根据控制模块130中设置的加载应力的步幅调整参数，使整个模拟负载试验系统100的工作回路满足每次工作循环中的加载应力的步幅参数。例如，供电模块160根据加载应力的步幅调整参数对每次工作循环的控制回路中继电器和接触器的电压和电流等电气参数进行调整。

具体地，模拟负载试验系统100可以根据该工作循环的控制参数形成工作循环，在每次工作循环中，精确模拟风力发电机组中感性负载频繁地接通电源和断开电源的通断动作；模拟负载试验系统100还可以根据步幅调整参数调整供电模块160，在工作循环中步进调整加载应力的大小。

作为一个示例，控制模块130与继电器的一端连接，通过控制模块130使继电器线圈电源开关接通，继电器触点开关吸合，继电器触电开关吸合动作使得接触器线圈通电，接触器开关吸合，则与接触器连接的可调负载110通电，包括测试模块150在内的整个模拟负载试验系统100的工作回路通电。

控制模块130在上述加载应力的步幅调整参数和工作循环的控制参数的控制下，可以模拟出风力发电机组中感性负载的实际工况，在设定的工作循环中，根据步进调整的加载应力来考察控制回路120中继电器和接触器是否可以正常工作。

在试验过程中，数据采集处理模块140在控制模块130的控制下，根据测试模块150中的测试点，采集继电器和接触器的工作状态数据，评估继电器和接触器的通断性能。

数据采集处理模块140还可以将采集的工作状态数据反馈给控制模块130，以便控制模块130可以确定继电器和接触器的工作状态是否正常，从而考察继电器和接触器在多种不同应力下的失效模式。

在一些实施例中，输出模块180与数据采集处理模块140相连接，用于输出数据采集处理模块140生成的电压波形图和电流波形图。

存储模块190可以与输出模块180相连接，用于保存数据采集处理模块140生成的电压波形图和电流波形图等工作状态数据。

在一些实施例中，输出模块180和存储模块190可以是一个模块，例如同时具有输出功能和存储功能的计算机等外部设备。

根据本发明实施例的模拟负载试验系统，能够根据实验项目不同，模拟风力发电机组的实际工况，以及继电器和接触器的实际工作环境，精确测量继电器和接触器的工作状态数据，为后续分析继电器和接触器的失效原因提供数据基础。

下面结合附图，介绍根据本发明实施例的模拟负载试验方法。

图3是示出根据本发明实施例的模拟负载试验方法的流程图。如图3所示，本发明实施例中的模拟负载试验方法300包括以下步骤：

步骤S310，构建可调负载、控制回路、控制模块和数据采集处理模块，其中，可调负载包括感性负载元件、阻性负载元件和容性负载元件，控制回路包括继电器和接触器，继电器的一端与控制模块连接，继电器的另一端与接触器的一端连接，接触器的另一端连接与可调负载连接。

步骤S320，在控制模块中根据试验项目设置试验控制参数，控制模块利用风力发电机组中真实负载的参数调节可调负载的参数，并根据试验控制参数控制继电器和接触器执行通断动作。

步骤S330，数据采集处理模块采集接触器和继电器执行通断动作时的工作状态数据，并分析工作状态数据，评估继电器和接触器在试验控制参数下的通断性能。

根据本发明实施例的模拟负载试验方法，控制模块根据设置的试验控制参数，实时调整测试工作回路中的感性负载，模拟风电机组电控系统的实际工况，继电器和接触器在控制模块的控制下执行启停操作，从而实现对继电器和接触器等机组电控系统中普遍应用的低压电器件进行相关指标测试。

在一些实施例中，步骤S310中的试验控制参数包括加载应力的步幅调整参数和工作循环的控制参数。

加载应力的步幅调整参数包括如下项中的一项或两项以上：加载应力的初始值、加载应力的上限值、加载应力的调节步长、调节步长的调节次数。

工作循环的控制参数包括如下项中的一项或两项以上：每个应力水平下的应力加载时间、每个应力水平下的工作循环次数、工作循环次数的限制完成时间、工作循环中继电器的通电时长、工作循环中继电器的断开时长，其中，应力水平是根据初始值、上限值和调节步长确定的。

在一些实施例中，步骤S330中的工作状态数据包括如下项中的一项或两项以上。

线圈电流、线圈电压、触点开关的电流、触点开关的电压、触点开关的接触电阻、线圈电源开关的接通时刻、线圈电源开关的断开时刻、触点开关的接通时刻、触点开关的断开时刻、吸合动作时长、释放动作时长、吸合状态保持时间、断开状态保持时间、每个应力水平下的吸合电压、每个应力水平下的吸合电流、每个应力水平下的释放电压、每个应力水平下的吸合电流。

在一些实施例中，可调负载为感性负载元件或感性负载元件与阻性负载元件的组合，真实负载为风力发电机组中的感性负载。

在该实施例中，步骤S320中的控制模块利用风力发电机组中真实负载的参数调节可调负载的参数，并根据试验控制参数控制继电器和接触器执行通断动作的步骤具体可以包括：

控制模块利用风力发电机组中的感性负载的参数调节感性负载元件的参数，并根据试验控制参数控制继电器和接触器执行通断动作。

图4示出了根据本发明另一实施例的模拟负载试验方法。图4与图3相同或等同的步骤使用相同的标号。如图4所示，模拟负载试验方法400还可以包括：

步骤S340，控制模块分析数据采集处理模块反馈的工作状态数据，确定继电器和接触器的工作状态。

具体地，当继电器的工作状态数据满足继电器失效条件时，确定继电器的工作状态为失效状态，继电器失效条件为如下项中的一项或两项以上：继电器的触点开关的接触电阻大于继电器接触电阻阈值、继电器的吸合动作时长大于继电器吸合时长阈值、继电器的释放动作时长大于继电器释放时长阈值、继电器的触点开关的吸合电流小于继电器吸合电流阈值、继电器的触点开关的释放电流大于继电器释放电流阈值。

具体地，当接触器的工作状态数据满足接触器失效条件时，确定接触器的工作状态为失效状态，接触器失效条件为如下项中的一项或两项以上：接触器的触点开关的接触电阻大于接触器接触电阻阈值、接触器的吸合动作时长大于接触器吸合时长阈值、接触器的释放动作时长大于接触器释放时长阈值、接触器的触点开关的吸合电流小于接触器吸合电流阈值、接触器的触点开关的释放电流大于接触器释放电流阈值。

步骤S350，当继电器的工作状态为失效状态或接触器的工作状态为失效状态时，控制模块确定模拟负载试验系统为故障状态。

如图4所示，在一些实施例中，模拟负载试验方法400还可以包括：

步骤S360，根据加载应力的初始值、加载应力的调节步长和调节步长的调节次数，确定加载应力的调节上限，加载应力达到调节上限时，停止模拟负载试验；当继电器的工作状态为失效状态或接触器的工作状态为失效状态时，停止模拟负载试验。

图5示出了图3中数据采集处理模块分析采集的工作状态数据的详细流程图。图5与图3相同或等同的步骤使用相同的标号。

如图5所示，在一些实施例中，步骤S330中分析工作状态数据，评估继电器和接触器在试验控制参数下的通断性能的步骤具体可以包括：

步骤S331a，模拟负载试验系统为正常状态时，根据控制回路中触点开关的电流计算第一触点开关电流参数，第一触点开关电流参数包括触点开关的电流的最大峰值、触点开关的电流的平均峰值和触点开关的电流的平均稳定值中的一项或两项以上，以及根据控制回路中触点开关的电压计算第一触点开关电压参数，第一触点开关电压参数包括触点开关的电压的最大峰值、触点开关的电压的平均峰值和触点开关的电压的平均稳定值中的一项或两项以上。

步骤S331b，模拟负载试验系统为故障状态时，根据控制回路中触点开关的电流计算第二触点开关电流参数，第二触点开关电流参数包括触点开关的电流的峰值和/或触点开关的电流的稳定值，以及根据控制回路中触点开关的电压计算第二触点开关电压参数，第二触点开关电压参数包括触点开关的电压的峰值和/或触点开关的电压的稳定值。

S332，将第一触点开关电流参数、第一触点开关电压参数、第二触点开关电流参数、第二触点开关电压参数和触点开关的接触电阻值作为通断性能评估参数，通过通断性能评估参数评估继电器和接触器在试验控制参数下的通断性能。

在该实施例中，数据采集处理模块在控制模块的控制下，对采集的工作状态数据自动进行数据处理，计算得到继电器和接触器的通断性能评估参数。

在另一些实施例中，数据采集处理模块可以根据采集的继电器和接触器的触点开关的电流和继电器和接触器的触点开关的电压等工作状态数据，分别生成该继电器和接触器的电气元件的电压波形图和电流波形图。

作为一个示例，在上述考察大电流对接触器主触点影响的试验项目中，数据采集处理模块在模拟负载试验系统正常工作时，可以根据采集的控制回路中触点开关的电流计算触点开关电流参数，生成继电器触点开关电压波形图、继电器触点开关电流波形图、接触器主触点开关电压波形图、接触器主触点开关电流波形图、接触器辅助触点开关的电压波形图和接触器辅助触点开关的电流波形图中的一项或两项以上。

在一些实施例中，可以将上述电压波形图和/或电流波形图保存至指定的存储模块，并通过输出模块进行显示电压波形图/或电流波形图。

作为一个示例，可以通过计算机显示和保存上述实施例中的电压波形图和/或电流波形图。

根据本发明实施例中的模拟负载试验方法，充分考虑风力发电机组中的感性负载对继电器和接触器组成控制回路的影响，在构建的模拟负载试验系统中，通过控制模块根据风力发电机组中的感性负载的参数对可调负载中的感性负载元件进行调整，并通过试验控制参数的设定，模拟风电机组电控系统的实际工况，实现对继电器和接触器等机组电控系统中普遍应用的低压电器件进行相关指标测试。

根据本发明实施例的模拟负载试验方法的其他细节与以上结合图1至图2描述的根据本发明实施例的模拟负载试验系统类似，在此不再赘述。

通过本发明实施例提供的模拟负载试验方法和系统，结合风力发电机组电控系统特征，模拟风力发电机组实际工况，更准确地进行机组中继电器和接触器的工作状态数据监测和应力影响评估参数计算，为后续分析继电器和接触器等试验样件的故障与加载应力之间的因果关系和影响规律提供了重要依据。

需要明确的是，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。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。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后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。

以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。

还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种风力发电机组的模拟负载试验系统，其特征在于，所述模拟负载试验系统包括可调负载、控制回路、控制模块和数据采集处理模块；

所述可调负载包括感性负载元件、阻性负载元件和容性负载元件中的至少一种，用于模拟所述风力发电机组中的真实负载；

所述控制回路包括继电器和接触器，所述继电器的一端与所述控制模块连接，所述继电器的另一端与所述接触器的一端连接，所述接触器的另一端与所述可调负载连接；

所述控制模块还分别与所述可调负载和所述数据采集处理模块连接，在所述控制模块中根据试验项目设置试验控制参数，利用所述真实负载的参数调节所述可调负载的参数，并根据所述试验控制参数控制所述继电器和所述接触器执行通断动作；

所述数据采集处理模块用于采集所述接触器和所述继电器执行通断动作时的工作状态数据，并分析所述工作状态数据，评估所述继电器和所述接触器在所述试验控制参数下的通断性能。

2.根据权利要求1所述的模拟负载试验系统，其特征在于，

所述试验控制参数包括加载应力的步幅调整参数和工作循环的控制参数；

所述加载应力的步幅调整参数包括如下项中的一项或两项以上：所述加载应力的初始值、所述加载应力的上限值、所述加载应力的调节步长、所述调节步长的调节次数；

所述工作循环的控制参数包括如下项中的一项或两项以上：每个应力水平下的应力加载时间、所述每个应力水平下的工作循环次数、所述工作循环次数的限制完成时间、所述工作循环中继电器的通电时长、所述工作循环中继电器的断开时长，其中，所述应力水平是根据所述加载应力的初始值、所述加载应力的上限值和所述调节步长确定的。

3.根据权利要求1所述的模拟负载试验系统，其特征在于，所述工作状态数据包括如下项中的一项或两项以上：

线圈电流、线圈电压、触点开关的电流、触点开关的电压、触点开关的接触电阻、线圈电源开关的接通时刻、线圈电源开关的断开时刻、触点开关的接通时刻、触点开关的断开时刻、吸合动作时长、释放动作时长、吸合状态保持时间、断开状态保持时间、每个应力水平下的吸合电压、所述每个应力水平下的吸合电流、所述每个应力水平下的释放电压、所述每个应力水平下的释放电流。

4.根据权利要求1所述的模拟负载试验系统，其特征在于，

所述可调负载为所述感性负载元件或所述感性负载元件与所述阻性负载元件的组合，所述真实负载为所述风力发电机组中的感性负载；

所述控制模块具体用于：利用所述风力发电机组中的感性负载的参数调节所述感性负载元件的参数，根据所述试验控制参数控制所述继电器和所述接触器执行通断动作。

5.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于，所述控制模块还用于：

分析所述数据采集处理模块反馈的工作状态数据，确定所述继电器和所述接触器的工作状态；

当所述继电器的工作状态数据满足继电器失效条件时，确定所述继电器的工作状态为失效状态，所述继电器失效条件为如下项中的一项或两项以上：所述继电器的触点开关的接触电阻大于继电器接触电阻阈值、所述继电器的吸合动作时长大于继电器吸合时长阈值、所述继电器的释放动作时长大于继电器释放时长阈值、所述继电器的触点开关的吸合电流小于继电器吸合电流阈值、所述继电器的触点开关的释放电流大于继电器释放电流阈值；

当所述接触器的工作状态数据满足接触器失效条件时，确定所述接触器的工作状态为失效状态，所述接触器失效条件为如下项中的一项或两项以上：所述接触器的触点开关的接触电阻大于接触器接触电阻阈值、所述接触器的吸合动作时长大于接触器吸合时长阈值、所述接触器的释放动作时长大于接触器释放时长阈值、所述接触器的触点开关的吸合电流小于接触器吸合电流阈值、所述接触器的触点开关的释放电流大于接触器释放电流阈值；

当所述继电器的工作状态为失效状态或所述接触器的工作状态为失效状态时，确定所述模拟负载试验系统为故障状态。

6.根据权利要求1所述的模拟负载试验系统，其特征在于，所述控制模块还用于：

当所述继电器的工作状态为失效状态或所述接触器的工作状态为失效状态时，控制所述模拟负载试验系统停止试验；

当所述试验控制参数满足预设的试验终止条件时，控制所述模拟负载试验系统停止试验。

7.根据权利要求3所述的模拟负载试验系统，其特征在于，所述数据采集处理模块还用于：

所述模拟负载试验系统为正常状态时，根据所述控制回路中触点开关的电流计算第一触点开关电流参数，所述第一触点开关电流参数包括所述触点开关的电流的最大峰值、所述触点开关的电流的平均峰值和所述触点开关的电流的平均稳定值中的一项或两项以上，以及

根据所述控制回路中触点开关的电压计算第一触点开关电压参数，所述第一触点开关电压参数包括所述触点开关的电压的最大峰值、所述触点开关的电压的平均峰值和所述触点开关的电压的平均稳定值中的一项或两项以上；

所述模拟负载试验系统为故障状态时，根据所述控制回路中触点开关的电流计算第二触点开关电流参数，所述第二触点开关电流参数包括所述触点开关的电流的峰值和/或所述触点开关的电流的稳定值，以及

根据所述控制回路中触点开关的电压计算第二触点开关电压参数，所述第二触点开关电压参数包括所述触点开关的电压的峰值和/或所述触点开关的电压的稳定值；

将所述第一触点开关电流参数、所述第一触点开关电压参数、所述第二触点开关电流参数、所述第二触点开关电压参数和所述触点开关的接触电阻值作为通断性能评估参数，通过所述通断性能评估参数评估所述继电器和所述接触器在所述试验控制参数下的通断性能。

8.一种风力发电机组的模拟负载试验方法，其特征在于，所述模拟负载试验方法包括：

构建可调负载、控制回路、控制模块和数据采集处理模块，其中，所述可调负载包括感性负载元件、阻性负载元件和容性负载元件中的至少一种，所述控制回路包括继电器和接触器，所述继电器的一端与所述控制模块连接，所述继电器的另一端与所述接触器的一端连接，所述接触器的另一端与所述可调负载连接；

在所述控制模块中根据试验项目设置试验控制参数，所述控制模块利用风力发电机组中真实负载的参数调节所述可调负载的参数，并根据所述试验控制参数控制所述继电器和所述接触器执行通断动作；

所述数据采集处理模块采集所述接触器和所述继电器执行通断动作时的工作状态数据，并分析所述工作状态数据，评估所述继电器和所述接触器在所述试验控制参数下的通断性能。

9.根据权利要求8所述的模拟负载试验方法，其特征在于，

所述试验控制参数包括加载应力的步幅调整参数和工作循环的控制参数；

所述加载应力的步幅调整参数包括如下项中的一项或两项以上：所述加载应力的初始值、所述加载应力的上限值、所述加载应力的调节步长、所述调节步长的调节次数；

所述工作循环的控制参数包括如下项中的一项或两项以上：每个应力水平下的应力加载时间、所述每个应力水平下的工作循环次数、所述工作循环次数的限制完成时间、所述工作循环中继电器的通电时长、所述工作循环中继电器的断开时长，其中，所述应力水平是根据所述初始值、所述上限值和所述调节步长确定的。

10.根据权利要求8所述的模拟负载试验方法，其特征在于，所述工作状态数据包括如下项中的一项或两项以上：

线圈电流、线圈电压、触点开关的电流、触点开关的电压、触点开关的接触电阻、线圈电源开关的接通时刻、线圈电源开关的断开时刻、触点开关的接通时刻、触点开关的断开时刻、吸合动作时长、释放动作时长、吸合状态保持时间、断开状态保持时间、每个应力水平下的吸合电压、所述每个应力水平下的吸合电流、所述每个应力水平下的释放电压、所述每个应力水平下的释放电流。

11.根据权利要求8所述的模拟负载试验方法，其特征在于，所述可调负载为所述感性负载元件或所述感性负载元件与所述阻性负载元件的组合，所述真实负载为所述风力发电机组中的感性负载；

所述控制模块利用风力发电机组中真实负载的参数调节所述可调负载的参数，并根据所述试验控制参数控制所述继电器和所述接触器执行通断动作，包括：

所述控制模块利用所述风力发电机组中的感性负载的参数调节所述感性负载元件的参数，并根据所述试验控制参数控制所述继电器和所述接触器执行通断动作。

12.根据权利要求8所述的模拟负载试验方法，其特征在于，所述模拟负载试验方法还包括：

所述控制模块分析所述数据采集处理模块反馈的工作状态数据，确定所述继电器和所述接触器的工作状态；

当所述继电器的工作状态数据满足继电器失效条件时，确定所述继电器的工作状态为失效状态，所述继电器失效条件为如下项中的一项或两项以上：所述继电器的触点开关的接触电阻大于继电器接触电阻阈值、所述继电器的吸合动作时长大于继电器吸合时长阈值、所述继电器的释放动作时长大于继电器释放时长阈值、所述继电器的触点开关的吸合电流小于继电器吸合电流阈值、所述继电器的触点开关的释放电流大于继电器释放电流阈值；

当所述接触器的工作状态数据满足接触器失效条件时，确定所述接触器的工作状态为失效状态，所述接触器失效条件为如下项中的一项或两项以上：所述接触器的触点开关的接触电阻大于接触器接触电阻阈值、所述接触器的吸合动作时长大于接触器吸合时长阈值、所述接触器的释放动作时长大于接触器释放时长阈值、所述接触器的触点开关的吸合电流小于接触器吸合电流阈值、所述接触器的触点开关的释放电流大于接触器释放电流阈值；

当所述继电器的工作状态为失效状态或所述接触器的工作状态为失效状态时，所述控制模块确定模拟负载试验系统为故障状态。

13.根据权利要求9所述的模拟负载试验方法，其特征在于，所述加载应力的步幅调整参数包括所述加载应力的初始值，所述加载应力的调节步长和所述调节步长的调节次数；

所述模拟负载试验方法还包括：

根据所述加载应力的初始值、所述加载应力的调节步长和所述调节步长的调节次数，确定所述加载应力的调节上限，所述加载应力达到所述调节上限时，停止模拟负载试验；

当所述继电器的工作状态为失效状态或所述接触器的工作状态为失效状态时，停止所述模拟负载试验。

14.根据权利要求8所述的模拟负载试验方法，其特征在于，所述工作状态数据包括控制回路中触点开关的电流、所述控制回路中触点开关的电压和所述控制回路中触点开关的接触电阻值；

所述分析所述工作状态数据，评估所述继电器和所述接触器在所述试验控制参数下的通断性能，包括：

模拟负载试验系统为正常状态时，根据所述控制回路中触点开关的电流计算第一触点开关电流参数，所述第一触点开关电流参数包括所述触点开关的电流的最大峰值、所述触点开关的电流的平均峰值和所述触点开关的电流的平均稳定值中的一项或两项以上，以及

根据所述控制回路中触点开关的电压计算第一触点开关电压参数，所述第一触点开关电压参数包括所述触点开关的电压的最大峰值、所述触点开关的电压的平均峰值和所述触点开关的电压的平均稳定值中的一项或两项以上；

所述模拟负载试验系统为故障状态时，根据所述控制回路中触点开关的电流计算第二触点开关电流参数，所述第二触点开关电流参数包括所述触点开关的电流的峰值和/或所述触点开关的电流的稳定值，以及

根据所述控制回路中触点开关的电压计算第二触点开关电压参数，所述第二触点开关电压参数包括所述触点开关的电压的峰值和/或所述触点开关的电压的稳定值；

将所述第一触点开关电流参数、所述第一触点开关电压参数、所述第二触点开关电流参数、所述第二触点开关电压参数和所述触点开关的接触电阻值作为通断性能评估参数，通过所述通断性能评估参数评估所述继电器和所述接触器在所述试验控制参数下的通断性能。