CN108397358A - 一种风力发电机组多点效率检测方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风力发电机组多点效率检测方法和系统，所述方法包括：获取所述风力发电机组的实时功率；根据所述实时功率计算所述风力发电机组的实时效率；将所述实时功率数据和所述实时效率数据传送至远程监控计算机。所述系统包括低速轴测速装置、低速轴转矩测量仪、高速轴测速装置、高速轴转矩测量仪、第一电流信号采集装置、第一电压信号采集装置、第二电流信号采集装置、第二电压信号采集装置以及风机主控系统。本发明的方法和系统能够计算风力发电机组各主要部件和整机的实时效率，依据此计算结果对机组的控制程序机械效率相关参数进行校正，从而进一步提高机组的控制效果。

Description

一种风力发电机组多点效率检测方法和系统

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种风力发电机组多点效率检测方法和系统。

背景技术

风力发电机组是从风能中吸收能量，将风能转换成机械能，再通过机组传动链将机械能转化成电能的设备。风力发电机组效率参数是机组控制器的关键参数，对转矩控制有直接的影响，如果该部分参数设置与实际偏差较大，会直接对风力发电机组的功率输出造成影响，进而导致机组统计功率曲线与理论设计偏差较大。

目前，风电整机机械效率的参数设置都是根据传动链各部件(齿轮箱、发电机等)的理论效率进行综合计算得出的，没有实际的运行数据进行校正对比，理论与实际存有偏差，对控制系统的控制效果有一定的影响。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种风力发电机组多点效率检测方法和系统。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明的一个方面提供了一种风力发电机组多点效率检测方法，所述方法包括：

S1、获取所述风力发电机组的实时功率；

S2、根据所述实时功率计算所述风力发电机组的实时效率；

S3、将所述实时功率数据和所述实时效率数据传送至远程监控计算机。

在本发明的一个实施例中，所述实时功率包括低速轴的实时功率、高速轴的实时功率、变流器机侧的实时功率和变流器网侧的实时功率；

所述实时效率包括齿轮箱的实时效率、发电机的实时效率、变流器的实时效率和风力发电机组整机的实时效率。

在本发明的一个实施例中，所述S1具体包括：

S11、采集低速轴的实时转矩T_R和实时转速V_R并传送至风机主控系统，所述风机主控系统计算所述低速轴的实时功率P₁：

S12、采集高速轴的实时转矩T_G和实时转速V_G并传送至风机主控系统，所述风机主控系统计算所述高速轴的实时功率P₂：

S13、获取变流器机侧和变流器网侧的实时电流和实时电压信号，并发送至风机主控系统，所述风机主控系统根据所述实时电流和所述实时电压计算变流器机侧的实时功率P₃和变流器网侧的实时功率P₄。

在本发明的一个实施例中，在所述S11之前还包括：

在低速轴上安装低速轴转矩测量装置和低速轴转速测量装置，在高速轴上安装高速轴转矩测量装置和高速轴转速测量装置，在变流器网侧安装第一电流采集装置和第一电压采集装置；在变流器机侧安装第二电流采集装置和第二电压采集装置；

将所述低速转矩测量装置、所述低速转速测量装置、所述高速转矩测量装置、所述高速转速测量装置、所述第一电流采集装置、所述第一电压采集装置、所述第二电流采集装置以及所述第二电压采集装置的信号输出端分别电连接至风机主控系统的信号输入端。

在本发明的一个实施例中，所述S2具体包括：

通过对比所述低速轴的实时功率P₁和所述高速轴的实时功率P₂计算齿轮箱的实时效率η_Gea：

η_Gea＝P₂/P₁*100％；

通过对比所述高速轴的实时功率P₂与所述变流器机侧的实时功率P₃计算发电机的实时效率η_Gen：

η_Gen＝P₃/P₂*100％；

通过对比所述变流器机侧的实时功率P₃与所述变流器网侧的实时功率P₄计算变流器的实时效率η_I：

η_I＝P₄/P₃*100％；

通过对比所述低速轴的实时功率P₁与所述变流器网侧的实时功率P₄计算风力发电机组整机的实时效率η_WTG：

η_WTG＝P₄/P₁*100％。

在本发明的一个实施例中，在所述S3之后还包括：

所述远程监控计算机根据所述实时功率数据和所述实时效率数据绘制各部件或整机的功率-效率曲线。

本发明的另一方面提供了一种风力发电机组多点效率检测系统，包括安装在低速轴9上的低速轴测速装置1和低速轴转矩测量仪3，安装在高速轴10上的高速轴测速装置2和高速轴转矩测量仪4，安装在变流器网侧的第一电流信号采集装置51和第一电压信号采集装置61，安装在变流器机侧的第二电流信号采集装置52和第二电压信号采集装置62，以及风机主控系统7，其中，

所述低速轴测速装置1、所述低速轴转矩测量仪3、所述高速轴测速装置2、所述高速轴转矩测量仪4、所述第一电流信号采集装置51、所述第一电压信号采集装置61、所述第二电流信号采集装置52和所述第二电压信号采集装置62的信号输出端均电连接至所述风机主控系统7。

在本发明的一个实施例中，所述低速转矩测量装置3为低速轴测速编码器，所述高速转矩测量装置4为高速轴测速码盘。

在本发明的一个实施例中，所述第一电流信号采集装置51和所述第二电流信号采集装置52均为电流互感器，所述第一电压信号采集装置61和所述第二电压信号采集装置62均为电压变送器。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明的方法和系统能够采集低速轴和高速轴的实时转矩和实时转速并传送给风机主控系统，风机主控系统对低速轴和高速轴的实时功率进行计算，同时跟变流器机侧实时功率和网侧实时功率进行对比，计算出各部件和整机的实时效率，依据此计算结果对机组的控制程序机械效率相关参数进行校正，从而进一步提高机组的控制效果。

2、本发明的风机主控系统将所采集到的数据和各部件的实时功率和实时效率数据传送至远程监控计算机，经过长期的存储统计，可以得到各部件相应的功率-效率曲线，通过不同时间段曲线的对比分析，可以得出各部件以及整机的效率变化趋势，为整机和各部件健康情况的分析提供了一个参考量。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种风力发电机组多点效率检测方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种风力发电机组多点效率检测系统的示意图；

图3为通过本发明多点效率检测方法得到的风力发电机组整机的功率-效率曲线图。

在图中：1-低速轴测速装置；2-高速轴测速装置；3-低速轴转矩测量仪；4-高速轴转矩测量仪；51-第一电流信号采集装置；52-第二电流信号采集装置；61-第一电压信号采集装置；62-第二电压信号采集装置；7-风机主控系统；8-远程监控计算机；9-低速轴；10-高速轴

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种风力发电机组多点效率检测方法的流程示意图。如图所示，本实施例的风力发电机组多点效率检测方法包括：

S1、获取所述风力发电机组的实时功率；

S2、根据所述实时功率计算所述风力发电机组的实时效率；

S3、将所述实时功率数据和所述实时效率数据传送至远程监控计算机。

在本实施例中，所述实时功率包括低速轴的实时功率、高速轴的实时功率、变流器机侧的实时功率和变流器网侧的实时功率；所述实时效率包括齿轮箱的实时效率、发电机的实时效率、变流器的实时效率和风力发电机组整机的实时效率。

进一步地，在本实施例中，所述S1具体包括：

S11、采集低速轴的实时转矩T_R和实时转速V_R并传送至风机主控系统，所述风机主控系统计算所述低速轴的实时功率P₁：

S12、采集高速轴的实时转矩T_G和实时转速V_G并传送至风机主控系统，所述风机主控系统计算所述高速轴的实时功率P₂：

S13、获取变流器机侧和变流器网侧的实时电流和实时电压信号，并发送至风机主控系统，所述风机主控系统根据所述实时电流和所述实时电压计算变流器机侧的实时功率P₃和变流器网侧的实时功率P₄。

值得注意的是，上述步骤S11、S12和S13没有前后位置关系，可以在风力发电机组运行过程中同时进行。

在本实施例中，在所述S11之前还包括：

在低速轴上安装低速轴转矩测量装置和低速轴转速测量装置，在高速轴上安装高速轴转矩测量装置和高速轴转速测量装置，在变流器网侧安装第一电流采集装置和第一电压采集装置；在变流器机侧安装第二电流采集装置和第二电压采集装置；

将所述低速转矩测量装置、所述低速转速测量装置、所述高速转矩测量装置、所述高速转速测量装置、所述第一电流采集装置、所述第一电压采集装置、所述第二电流采集装置以及所述第二电压采集装置的信号输出端分别电连接至风机主控系统的信号输入端。

在本实施例中，低速轴测速装置和低速轴转矩测量仪分别用于测量所述低速轴的实时转速和实时转矩。高速轴测速装置和高速轴转矩测量仪分别用于测量高速轴的实时转速和实时转矩。第一电流信号采集装置和第一电压信号采集装置分别用于检测变流器网侧的实时电流和电压信号。第二电流信号采集装置和第二电压信号采集装置分别用于检测变流器机侧的实时电流和电压信号。风机主控系统用于接收采集各输出信号并根据所述输出信号计算各个部件和整机的实时功率和实时效率。

进一步地，在本实施例中，所述S2具体包括：

通过对比所述低速轴的实时功率P₁和所述高速轴的实时功率P₂计算齿轮箱的实时效率η_Gea：

η_Gea＝P₂/P₁*100％；

通过对比所述高速轴的实时功率P₂与所述变流器机侧的实时功率P₃计算发电机的实时效率η_Gen：

η_Gen＝P₃/P₂*100％；

通过对比所述变流器机侧的实时功率P₃与所述变流器网侧的实时功率P₄计算变流器的实时效率η_I：

η_I＝P₄/P₃*100％；

通过对比所述低速轴的实时功率P₁与所述变流器网侧的实时功率P₄计算风力发电机组整机的实时效率η_WTG：

η_WTG＝P₄/P₁*100％。

在本实施例中，在所述S3之后还包括：

所述远程监控计算机根据所述实时功率数据和所述实时效率数据绘制各部件或整机的功率-效率曲线。

在本实施例中，根据长时间采集的实时功率数据和实时效率数据绘制各部件或整机的相应“功率-效率”曲线，随后对比不同时间段的“功率-效率”曲线，为各部件或整机的健康情况提供参考。

本实施例的风力发电机组多点效率检测方法能够采集低速轴和高速轴的实时转矩和实时转速并传送给主控系统，主控系统根据实时转矩和实时转速对低速轴和高速轴的实时功率进行计算，同时通过变流器所反馈的机侧和网侧的实时电流信号和电压信号计算变流器机侧和网侧的实时功率，基于各部分的实时功率，计算出各个部件和整机的实时效率，依据此计算结果对机组的控制程序机械效率相关参数进行校正，从而进一步提高机组的控制效果。

实施例二

请参见图2，图2为本发明实施例提供的一种风力发电机组多点效率检测系统的示意图。本实施例提供了一种风力发电机组多点效率检测系统，包括低速轴测速装置1、高速轴测速装置2、低速轴转矩测量仪3、高速轴转矩测量仪4、第一电流信号采集装置51、第二电流信号采集装置52、第一电压信号采集装置61、第二电压信号采集装置62和风机主控系统7。低速轴测速装置1和低速轴转矩测量仪3安装于低速轴9上靠近齿轮箱的一端，分别用于测量所述低速轴9的实时转速和实时转矩。高速轴测速装置2和高速轴转矩测量仪4安装于高速轴10上靠近发电机的一端，分别用于测量高速轴10的实时转速和实时转矩。第一电流信号采集装置51和第一电压信号采集装置61安装在变流器网侧，分别用于检测变流器网侧的实时电流和实时电压信号。第二电流信号采集装置52和第二电压信号采集装置62安装在变流器机侧，分别用于检测变流器机侧的实时电流和实时电压信号。

进一步地，低速轴测速装置1、高速轴测速装置2、低速轴转矩测量仪3、高速轴转矩测量仪4、第一电流信号采集装置51、第二电流信号采集装置52、第一电压信号采集装置61以及第二电压信号采集装置62的信号输出端均电连接至风机主控系统7的信号输入端，风机主控系统7用于接收采集各输出信号并根据所述输出信号计算各个部件和整机的实时效率和实时功率。风机主控系统7的计算和处理过程等同于上述方法实施例中的处理计算过程，这里不再赘述。

此外，在本实施例中，所述风力发电机组多点效率检测系统还包括远程监控计算机8，远程监控计算机8连接至风机主控系统7，用于存储各个部件或整机的实时效率和实时功率，经过较长时间的数据采集，可以绘制出大部件或者整机的相应“功率-效率”曲线。

请参见图3，图3为通过本发明多点效率检测方法得到的风力发电机组整机的功率-效率曲线图，其中，横坐标为变流器网侧的实时功率P₄，纵坐标为风力发电机组整机的实时效率η_WTG。类似地，也可以得到各部件，例如齿轮机、发电机等的“功率-效率”曲线。通过不同时间段各部件或整机的“功率-效率”曲线的对比分析，可以得出各大部件以及整机的效率变化趋势，可以为整机和大部件的健康情况的分析提供一个参考量。

通常，风力发电机组的整机或各部件的理论效率是根据各部件的额定功率计算得到的，通过对比实际计算得到的“功率-效率”曲线与理论计算得到的“功率-效率”曲线，可以对理论计算的效率进行验证，验证各部件实时效率与理论效率的偏差程度，从而从效率方面判定各部件的性能。进一步地，本发明风力发电机组多点效率检测系统还可以作为长期统计机组效率的检测系统使用，判定机组的老化趋势。

进一步地，在本实施例中，低速转矩测量装置3为低速轴测速编码器，高速转矩测量装置4为高速轴测速码盘。

在本实施例中，第一电流信号采集装置51和第二电流信号采集装置52均为电流互感器，第一电压信号采集装置61和第二电压信号采集装置62均为电压变送器。

本实施例的风机主控系统将所采集到的数据和计算得出的实时功率和效率数据传送给远程监控计算机，经过长期的存储统计，可以得到相应的“功率-效率”曲线，通过不同时间段曲线的对比分析，可以得出各部件以及整机的效率变化趋势，从而为整机和各部件的健康情况分析提供一个参考量。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种风力发电机组多点效率检测方法，其特征在于，包括：

S1、获取所述风力发电机组的实时功率；

S2、根据所述实时功率计算所述风力发电机组的实时效率；

S3、将所述实时功率数据和所述实时效率数据传送至远程监控计算机。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组多点效率检测方法，其特征在于，

所述实时功率包括低速轴的实时功率、高速轴的实时功率、变流器机侧的实时功率和变流器网侧的实时功率；

所述实时效率包括齿轮箱的实时效率、发电机的实时效率、变流器的实时效率和风力发电机组整机的实时效率。

3.根据权利要求2所述的风力发电机组多点效率检测方法，其特征在于，所述S1具体包括：

S11、采集低速轴的实时转矩T_R和实时转速V_R并传送至风机主控系统，所述风机主控系统计算所述低速轴的实时功率P₁：

S12、采集高速轴的实时转矩T_G和实时转速V_G并传送至风机主控系统，所述风机主控系统计算所述高速轴的实时功率P₂：

S13、获取变流器机侧和变流器网侧的实时电流和实时电压信号，并发送至风机主控系统，所述风机主控系统根据所述实时电流和所述实时电压计算变流器机侧的实时功率P₃和变流器网侧的实时功率P₄。

4.根据权利要求3所述的风力发电机组多点效率检测方法，其特征在于，在所述S11之前还包括：

在低速轴上安装低速轴转矩测量装置和低速轴转速测量装置，在高速轴上安装高速轴转矩测量装置和高速轴转速测量装置，在变流器网侧安装第一电流采集装置和第一电压采集装置；在变流器机侧安装第二电流采集装置和第二电压采集装置；

将所述低速转矩测量装置、所述低速转速测量装置、所述高速转矩测量装置、所述高速转速测量装置、所述第一电流采集装置、所述第一电压采集装置、所述第二电流采集装置以及所述第二电压采集装置的信号输出端分别电连接至风机主控系统的信号输入端。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的风力发电机组多点效率检测方法，其特征在于，所述S2具体包括：

通过对比所述低速轴的实时功率P₁和所述高速轴的实时功率P₂计算齿轮箱的实时效率η_Gea：

η_Gea＝P₂/P₁*100％；

通过对比所述高速轴的实时功率P₂与所述变流器机侧的实时功率P₃计算发电机的实时效率η_Gen：

η_Gen＝P₃/P₂*100％；

通过对比所述变流器机侧的实时功率P₃与所述变流器网侧的实时功率P₄计算变流器的实时效率η_I：

η_I＝P₄/P₃*100％；

通过对比所述低速轴的实时功率P₁与所述变流器网侧的实时功率P₄计算风力发电机组整机的实时效率η_WTG：

η_WTG＝P₄/P₁*100％。

6.根据权利要求5所述的风力发电机组多点效率检测方法，其特征在于，在所述S3之后还包括：

所述远程监控计算机根据所述实时功率数据和所述实时效率数据绘制各部件或整机的功率-效率曲线。

7.一种风力发电机组多点效率检测系统，其特征在于，包括安装在低速轴(9)上的低速轴测速装置(1)和低速轴转矩测量仪(3)，安装在高速轴(10)上的高速轴测速装置(2)和高速轴转矩测量仪(4)，安装在变流器网侧的第一电流信号采集装置(51)和第一电压信号采集装置(61)，安装在变流器机侧的第二电流信号采集装置(52)和第二电压信号采集装置(62)，以及风机主控系统(7)，其中，

所述低速轴测速装置(1)、所述低速轴转矩测量仪(3)、所述高速轴测速装置(2)、所述高速轴转矩测量仪(4)、所述第一电流信号采集装置(51)、所述第一电压信号采集装置(61)、所述第二电流信号采集装置(52)和所述第二电压信号采集装置(62)的信号输出端均电连接至所述风机主控系统(7)。

8.根据权利要求7所述的风力发电机组多点效率检测系统，其特征在于，所述低速转矩测量装置(3)为低速轴测速编码器，所述高速转矩测量装置(4)为高速轴测速码盘。

9.根据权利要求7或8所述的风力发电机组多点效率检测系统，其特征在于，所述第一电流信号采集装置(51)和所述第二电流信号采集装置(52)均为电流互感器，所述第一电压信号采集装置(61)和所述第二电压信号采集装置(62)均为电压变送器。