CN107783038A - 一种双馈风力发电机效率的测试方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双馈风力发电机效率的测试计算方法，分别计算出发电机的定子铜耗、定子铁耗、转子铜耗、转子铁耗、机械损耗，从而得出发电机的总损耗。其中机械损耗是利用调频电源调节发电机的定子频率使发电机转子转速达到额定转速，然后进行空载特性试验，获得空载机械耗损；定子铁耗是利用发电机的等效电路参数和额定电压计算得出空载特性试验定子铁耗对应的空载电压，从而利用额定频率下的空载特性试验数据得出定子铁耗。本方案考虑了双馈风力发电机与电动机运行状态的区别，根据该区别进行相应的效率计算，进而提高了双馈风力发电机的效率测试的准确性。

Description

一种双馈风力发电机效率的测试方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及风力发电机组测试技术领域，尤其涉及一种双馈风力发电机效率的测试方法、装置及系统。

背景技术

随着社会的不断发展，用电需求也越来越大，然而，发电的方式有多种，如火力发电，水力发电，风力发电等，其中，风力发电作为一种新能源发电，具有较好的发展前景。

目前，双馈风力发电机的效率试验参照的是绕线式异步电动机的标准，即分别测试计算出发电机的定子铜耗、定子铁耗、转子铜耗、转子铁耗、机械损耗、杂散损耗，然后计算出发电机的总损耗并得出发电机的效率值。

发明人发现，双馈风力发电机的运行状态与电动机状态有所不同，故以上方法测试计算出的效率值与实际值有较大的出入，不能准确地反映出双馈风力发电机的效率和进行机组功率传递的核算。

因此，提供一种双馈风力发电机效率的测试方法，提高测试效率的准确性，成为当前亟待解决的一大技术问题。

发明内容

本发明提供了一种双馈风力发电机效率的测试方法，提高了双馈风力发电机的效率测试的准确性。

为解决上述技术问题，本方案如下：

一种双馈风力发电机效率的测试方法，其特征在于，包括：

获取双馈风力发电机的转子转速为额定转速的空载机械耗损；

确定所述空载机械耗损为所述双馈风力发电机的目标机械耗损。

优选的，还包括：

根据所述双馈风力发电机在电动机状态下与在发电机状态下的绕组感应电动势的差别，并利用发电机的等效电路参数和额定电压计算得出空载特性试验下定子铁耗对应的空载电压；

获取所述空载电压对应的定子铁耗为所述双馈风力发电机的目标定子铁耗。

优选的，还包括：

获取发电机带风电机组配套变频器额定工况下的定、转子电流；

利用定、转子绕组的直流电阻值计算出预设温度下的定子铜耗和转子铜耗；

确定所述定转子铜耗为所述双馈风力发电机的目标定子铜耗和转子铜耗。

一种双馈风力发电机效率的测试装置，包括：

第一获取模块，用于获取双馈风力发电机的转子转速为额定转速的空载机械耗损；

第一确定模块，用于确定所述空载机械耗损为所述双馈风力发电机的目标机械耗损。

优选的，还包括：

第一计算模块，用于根据所述双馈风力发电机在电动机状态下与在发电机状态下的绕组感应电动势的差别，并利用发电机的等效电路参数和额定电压计算得出空载特性试验下定子铁耗对应的空载电压；

第二获取模块，用于获取所述空载电压对应的定子铁耗为所述双馈风力发电机的目标定子铁耗。

优选的，还包括：

第三获取模块，用于获取发电机带风电机组配套变频器额定工况下的定、转子电流；

第二计算模块，用于利用定、转子绕组的直流电阻值计算出预设温度下的定子铜耗和转子铜耗；

第二确定模块，用于确定所述定转子铜耗为所述双馈风力发电机的目标定子铜耗和转子铜耗。

一种双馈风力发电机效率的测试系统，包括任意一项上述的双馈风力发电机效率的测试装置。

由上述方案可知，本发明提供了一种双馈风力发电机效率的测试计算方法，分别计算出发电机的定子铜耗、定子铁耗、转子铜耗、转子铁耗、机械损耗，从而得出发电机的总损耗。其中机械损耗是利用调频电源调节发电机的定子频率使发电机转子转速达到额定转速，然后进行空载特性试验，获得空载机械耗损；定子铁耗是利用发电机的等效电路参数和额定电压计算得出空载特性试验定子铁耗对应的空载电压，从而利用额定频率下的空载特性试验数据得出定子铁耗；定、转子铜耗是通过测量出发电机带风电机组配套变频器额定工况下的定、转子电流，利用定、转子绕组的直流电阻值计算出指定温度下的定转、子铜耗，作为双馈风力发电机的目标定子铜耗和转子铜耗。本方案考虑了双馈风力发电机与电动机运行状态的区别，根据该区别进行相应的效率计算，进而提高了双馈风力发电机的效率测试的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的一种双馈风力发电机效率的测试方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的又一种双馈风力发电机效率的测试方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种双馈风力发电机效率的测试装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种双馈风力发电机效率的测试装置的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种双馈风力发电机效率的测试装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为本发明实施例提供了一种双馈风力发电机效率的测试方法，包括步骤：

S100、获取双馈风力发电机的转子转速为额定转速的空载机械耗损；

S101、确定所述空载机械耗损为所述双馈风力发电机的目标机械耗损。

发明人考虑到，双馈风力发电机的运行状态与电动机状态有所不同，故按照现有技术中的方法测试计算出的效率值与实际值有较大的出入，不能准确地反映出发电机的效率和进行机组功率传递的核算。

然后，考虑到由于运行转速的不同会影响机械损耗的测试计算，因此，本方案提供的双馈风力发电机效率的测试方法是采取在额定电压下，调节定子频率使转子转速达到双馈发电机的额定转速，空载运行，使机械损耗达到稳定，即输入功率相隔半小时的两个读数之差应不大于前一个读数的3％。在此状态下进行空载特性试验，并分离出此时的机械损耗作为双馈额定状态下的机械损耗。

具体的，利用调频电源调节发电机定子频率使发电机转子转速达到额定转速，在此条件下进行空载特性试验，获得额定转速下的空载机械耗损。

除此，本实施例还提供了一种定子铁耗的计算方法，如图2所示，所述双馈风力发电机效率的测试方法，还包括步骤：

S200、根据所述双馈风力发电机在电动机状态下与在发电机状态下的绕组感应电动势的差别，并利用发电机的等效电路参数和额定电压计算得出空载特性试验下定子铁耗对应的空载电压；

S201、获取所述空载电压对应的定子铁耗为所述双馈风力发电机的目标定子铁耗。

发明人考虑到定子绕组的感应电动势不同会影响定子铁耗的测试计算，具体的，考虑到从电动机状态变换为双馈发电状态时定子的感应电动势较电动机状态时因压降的方向相反会增加，另外空载试验时漏抗会分压，使得定子绕组的实际感应电动势与实际运行时差别加大。

因此，本实施例利用电机的等效电路的参数计算出电动机状态下外加多大的电压(Uc)时与发电机状态的绕组感应电动势相等，按照《GBT 1032-2012三相异步电动机试验方法》进行空载特性试验，分离出Uc(非额定电压)对应的铁耗作为双馈额定状态下的铁耗。

具体的，机械耗损和铁耗的计算如下：

1)空载机械损耗和空载定子铁耗

从空载特性曲线可以计算出空载定子铁耗和空载机械损耗。空载时定子绕组铜耗：

P_0cu1＝3I₀ ²R₁₀

式中：I₀为定子相电流，A；R₁₀为定子绕组相电阻，Ω；

空载定子铁耗P_Fe0与空载机械损耗P_mec0之和P₀'为：P₀'＝P_Fe0+P_mec0＝P₀-P_0cu1作曲线P₀'＝f(U₀/U_N)²，延长曲线的直线部分与纵轴交于一点，则此点的纵坐标即为电机的空载机械耗P_mec0。

电机铁耗P_Fe与机械耗P_mec0通过曲线分离求得。

2)定子铁耗

从电动机状态变换为双馈发电状态时定子的感应电动势较电动机状态时因压降的方向相反会增加和漏抗的影响，定子铁耗会增加，所以定子铁耗应按照Uc(以发电机的等效电路参数和额定电压具体确定)左右时空载试验的铁耗计算。

双馈运行时电机的定子铁耗P_Fe1为曲线P₀'＝f(U₀/U_N)²上U₀/U_N＝Uc/U_N对应的P₀'与P_mec0之差。

除此，本实施例提供的双馈风力发电机效率的测试方法还可以调节所述双馈风力发电机为并网空载运行状态。

具体的，双馈风力发电机组长时间停机或者环境温度过低的情况下，机组启机时为了避免发电机绕组受潮或者温度过低影响绕组的绝缘和寿命，采用发电机并网空载运行的策略，利用发电机的空载损耗为发电机绕组加热升温除湿。

除此，发明人考虑到定、转子的电流不同，会影响定、转子铜耗的测试计算，因此，本方案还提供了一种铜耗的计算方法，如下：

获取发电机带风电机组配套变频器额定工况下的定、转子电流；

利用定、转子绕组的直流电阻值计算出预设温度下的定子铜耗和转子铜耗；

确定所述定转子铜耗为所述双馈风力发电机的目标定子铜耗和转子铜耗。

具体的，定子铜耗和定子铁耗的计算过程如下：

3)定子铜耗计算

P_Cu1＝3×I₁ ²×R₁。I₁为定子相电流，A；R₁为定子相电阻，Ω；

R₁₀为温度t₀对应的测试的定子电阻值，t_f为计算点的温度，K₁为绕组在0℃时电阻温度系数的倒数，对于铜绕组K₁＝235。

计算时，取t_f＝温升加25℃或者预设温度计算。

4)转子铜耗计算

I₂为转子相电流，A；R₂为转子相电阻，Ω；

R₂₀为温度t₀对应的测试的转子电阻值，t_f为计算点的温度，K₁为绕组在0℃时电阻温度系数的倒数，对于铜绕组K₁＝235)。

计算时，取t_f＝温升加25℃或者预设温度计算。

上述实施例介绍了双馈风力发电机效率的测试方法，本方案还提供了一种双馈风力发电机效率的测试装置，如图3所示，包括：

第一获取模块10，用于获取双馈风力发电机的转子转速为额定转速的空载机械耗损；

第一确定模块20，用于确定所述空载机械耗损为所述双馈风力发电机的目标机械耗损。

优选的，如图4所示，还包括：

第一计算模块30，用于根据所述双馈风力发电机在电动机状态下与在发电机状态下的绕组感应电动势的差别，并利用发电机的等效电路参数和额定电压计算得出空载特性试验下定子铁耗对应的空载电压；

第二获取模块40，用于获取所述空载电压对应的定子铁耗为所述双馈风力发电机的目标定子铁耗。

优选的，如图5所示，还包括：

第三获取模块50，用于获取发电机带风电机组配套变频器额定工况下的定、转子电流；

第二计算模块60，用于利用定、转子绕组的直流电阻值计算出预设温度下的定子铜耗和转子铜耗；

第二确定模块70，用于确定所述定转子铜耗为所述双馈风力发电机的目标定子铜耗和转子铜耗。

其工作原理参见上述方法实施例，在此不重复叙述。

除此，本方案还提供了一种双馈风力发电机效率的测试系统，包括任意一项上述的双馈风力发电机效率的测试装置。

综上所述，本发明提供了一种双馈风力发电机效率的测试计算方法，分别测试计算出双馈发电机的定子铜耗、定子铁耗、转子铜耗、转子铁耗、机械损耗、杂散损耗，从而得出发电机的总损耗，进而得出效率。其中机械损耗的测试方法是利用调频电源调节发电机定子频率使发电机转子转速达到额定转速，在此条件下进行电动机法空载特性试验，获得额定转速下的空载机械耗损，上述机械耗损为所述双馈风力发电机的目标机械耗损；定子铁耗的测试方法是利用发电机的等效电路参数和额定电压计算得出空载特性试验定子铁耗对应的空载电压，从而利用额定频率下的空载特性试验数据得出定子铁耗；定、转子铜耗的测量方法是测量出双馈发电机带风电机组配套变频器额定工况下的定、转子电流，利用定、转子绕组的直流电阻值计算出指定温度下的定转、子铜耗，做为所述双馈风力发电机的目标定子铜耗和转子铜耗。在本方案中，考虑了双馈风力发电机与电动机运行状态的区别，根据该区别进行相应的效率计算，进而提高了双馈风力发电机的效率测试的准确性。

本实施例方法所述的功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算设备可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算设备(可以是个人计算机，服务器，移动计算设备或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种双馈风力发电机效率的测试方法，其特征在于，包括：

获取双馈风力发电机的转子转速为额定转速的空载机械耗损；

确定所述空载机械耗损为所述双馈风力发电机的目标机械耗损。

2.根据权利要求1所述的双馈风力发电机效率的测试方法，其特征在于，还包括：

根据所述双馈风力发电机在电动机状态下与在发电机状态下的绕组感应电动势的差别，并利用发电机的等效电路参数和额定电压计算得出空载特性试验下定子铁耗对应的空载电压；

获取所述空载电压对应的定子铁耗为所述双馈风力发电机的目标定子铁耗。

3.根据权利要求1所述的双馈风力发电机效率的测试方法，其特征在于，还包括：

获取发电机带风电机组配套变频器额定工况下的定、转子电流；

利用定、转子绕组的直流电阻值计算出预设温度下的定子铜耗和转子铜耗；

确定所述定转子铜耗为所述双馈风力发电机的目标定子铜耗和转子铜耗。

4.一种双馈风力发电机效率的测试装置，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于获取双馈风力发电机的转子转速为额定转速的空载机械耗损；

第一确定模块，用于确定所述空载机械耗损为所述双馈风力发电机的目标机械耗损。

5.根据权利要求4所述的双馈风力发电机效率的测试装置，其特征在于，还包括：

第一计算模块，用于根据所述双馈风力发电机在电动机状态下与在发电机状态下的绕组感应电动势的差别，并利用发电机的等效电路参数和额定电压计算得出空载特性试验下定子铁耗对应的空载电压；

第二获取模块，用于获取所述空载电压对应的定子铁耗为所述双馈风力发电机的目标定子铁耗。

6.根据权利要求4所述的双馈风力发电机效率的测试装置，其特征在于，还包括：

第三获取模块，用于获取发电机带风电机组配套变频器额定工况下的定、转子电流；

第二计算模块，用于利用定、转子绕组的直流电阻值计算出预设温度下的定子铜耗和转子铜耗；

第二确定模块，用于确定所述定转子铜耗为所述双馈风力发电机的目标定子铜耗和转子铜耗。

7.一种双馈风力发电机效率的测试系统，其特征在于，包括权利要求4-6中任意一项所述的双馈风力发电机效率的测试装置。