CN115013256A - 针对串列式双风轮风电机组的全功率测试平台及方法 - Google Patents

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Abstract

针对串列式双风轮风电机组的全功率测试平台及系统，包括拖动变频器、机组变流器、串列式双风轮传动链、拖动电机组件、信号采集仪、载荷模拟器和液压模块；串列式双风轮传动链的两端分别连接有拖动电机组件，两端的拖动电机组件均连接到拖动变频器，机组变流器和信号采集仪均连接到串列式双风轮传动链；信号采集仪连接载荷模拟器，载荷模拟器连接液压模块；拖动变频器和机组变流器分别连接外部电网。本发明提出一种针对串列式双风轮风电机组的全功率测试平台，可考虑两风轮间气动耦合作用，分别同时给两个主轴端面侧施加驱动力矩，以模仿机组真实状态下受力特征。

Description

针对串列式双风轮风电机组的全功率测试平台及方法
技术领域
本发明属于电机组测试技术领域，特别涉及针对串列式双风轮风电机组的全功率测试平台及方法。
背景技术
当前，风电机组正朝着大功率、长叶片、高塔筒方向发展，在材料体系无法取得突破的情况下，其核心关键技术将受到诸多限制。在单风轮风机机组效率难以提升的困境下，亟需发展新型高效风能转换装置。串列式双风轮风电机组便是其中一种解决方案，因其高效率近年来倍受关注。
相对于单风轮风电机组，串列式双风轮风电机组传动系统更长、更复杂，且两风轮间存在气动干涉和耦合。因此，需要在地面开展全面的功率测试以确保双风轮风电机组安全和可靠。目前，国内外全功率测试平台主要针对单风轮风电机组，未有专用于串列式双风轮风电机组的全功率测试平台。
当前，全功率测试平台主要针对单风轮风电机组，只能拖动单个风轮转动，无法用于双风轮风电机组的全功率测试。
当前，全功率测试平台只能模拟单个风轮气动受力状态，无法模拟双风轮气动耦合受力状态。
发明内容
本发明的目的在于提供针对串列式双风轮风电机组的全功率测试平台及方法，以解决当前未有专用于串列式双风轮风电机组的全功率测试平台问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
针对串列式双风轮风电机组的全功率测试平台，包括拖动变频器、机组变流器、串列式双风轮传动链、拖动电机组件、信号采集仪、载荷模拟器和液压模块；串列式双风轮传动链的两端分别连接有拖动电机组件，两端的拖动电机组件均连接到拖动变频器，机组变流器和信号采集仪均连接到串列式双风轮传动链；信号采集仪连接载荷模拟器，载荷模拟器连接液压模块；拖动变频器和机组变流器分别连接外部电网。
进一步的，外部电网通过第一变压器连接到拖动变频器和机组变流器，拖动变频器和第一变压器之间设置有第二变压器，机组变流器和第一变压器之间设置有第三变压器。
进一步的，第一变压器上设置有无功补偿单元，用来补偿试验平台所消耗的电网无功功率。
进一步的，拖动电机组件包括拖动电机、扭矩法兰、减速箱齿轮、补偿联轴器和动态非扭矩加载器；串列式双风轮传动链主轴端连接动态非扭矩加载器，动态非扭矩加载器、补偿联轴器、减速箱齿轮、扭矩法兰和拖动电机依次连接。
进一步的，动态非扭矩加载器连接液压模块。
进一步的，液压模块包括液压控制器和液压站；液压控制器连接液压站。
进一步的，载荷模拟器模拟参数包括风速、叶片参数、发电机转速和发电机功率。
进一步的，针对串列式双风轮风电机组的全功率测试平台的测试方法，包括以下步骤：
安装双风轮机组传动链，将前后风轮主轴端分别与动态非扭矩加载器输出端连接；
在上电前对机舱柜内的线路进行绝缘测试，上电后对机组进行静态测试；
拖动电机拖动双风轮机组传动链至额定转速，空转一段时间，检查机组运行是否平稳，有误振动和漏油异常情况；
分别按照不同的设定平均风速进行加载测试，实时记录传动链各部件振动，发电机、齿轮箱、主轴承相关温度值，发电机功率波动，对各风速段运行数据进行整理和分析。
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
本发明提出一种针对串列式双风轮风电机组的全功率测试平台，可考虑两风轮间气动耦合作用，分别同时给两个主轴端面侧施加驱动力矩，以模仿机组真实状态下受力特征。本发明可针对串列式双风轮风电机组开展全功率测试。本发明可模拟前后风轮气动耦合影响下的驱动载荷，并通过双风轮6自由度同步加载来拖动双风轮风电机组传动链转动。
通过该测试平台，可完成以下测试检验：(1)控制器和电气系统功能测试验证；(2)机组并网功能测试；(3)有功功率和无功功率解耦测试；(4)电能质量分析；(5)满功率部件温升测试；(6)传动链振动特性和可靠性测试。
附图说明
图1为本发明结构图。
图2为本发明串列式双风轮传动链示意图。
图3为本发明流程图。
其中：
断网开关1、第一变压器2、第二变压器3、第三变压器4、无功补偿单元5、拖动变频器6、机组变流器7、拖动电机8、扭矩法兰9、减速齿轮箱10、补偿联轴器11、动态非扭矩加载器12、串列式双风轮传动链13、信号采集仪19、载荷模拟器20、液压控制器21、液压站22。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明：
请参阅图1至3，本发明提出一种针对串列式双风轮风电机组的全功率测试平台，可考虑两风轮间气动耦合作用，分别同时给两个主轴端面侧施加驱动力矩，以模仿机组真实状态下受力特征。通过该测试平台，可完成以下测试检验：(1)控制器和电气系统功能测试验证；(2)机组并网功能测试；(3)有功功率和无功功率解耦测试；(4)电能质量分析；(5)满功率部件温升测试；(6)传动链振动特性和可靠性测试。
本发明组成参见图1，主要包括断网开关1、第一变压器2、第二变压器3、第三变压器4、无功补偿单元5、拖动变频器6、机组变流器7、拖动电机8、扭矩法兰9、减速齿轮箱10、补偿联轴器11、动态非扭矩加载器12、串列式双风轮传动链13、信号采集仪19、载荷模拟器20、液压控制器21、液压站22。
第二变压器T2用于拖动电机与电网隔离，第三变压器T3为双风轮机组并网接入点，第一变压器T1在第二变压器T2和第三变压器T2T3的前端，与公共电网隔离，在此处增加1个无功补偿单元，用来补偿试验平台所消耗的电网无功功率。拖动电机通过扭矩法兰与减速齿轮箱连接，通过减速齿轮箱降速以模拟真实风轮转速。减速齿轮箱通过补偿联轴器与动态非扭矩加载器连接，动态非扭矩加载器与被测系统(串列式双风轮传动链)主轴端连接。通过拖动电机配合动态非扭矩加载器来施加前后叶轮6自由度载荷(Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz)，参见图2。
载荷模拟器20通过风速、叶片参数、发电机转速、发电机功率等实时计算前后风轮6自由度载荷，经拖动变频器6和拖动电机8施加动态扭矩，经液压控制器21、液压站22和动态非扭矩加载器12来施加其余5自由度动态载荷。前后风轮主轴带动传动链转动，机组发电机把电能回馈到电网中，在试验台上形成能量回路。信号采集系统实时采集测试过程中的振动数据、温度数据、转速数据和功率数据等，用于对传动链性能进行分析。
使用本发明进行全功率测试的流程参见图3。
(1)传动链安装及电缆敷设。按照要求安装双风轮机组传动链，将前后风轮主轴端分别与动态非扭矩加载器输出端连接；按照要求敷设电缆和完成电装。
(2)绝缘及静态测试。在上电前对机舱柜内的线路进行绝缘测试，上电后对机组进行静态测试(主要检查传感器读数是否准确，执行器是否能按要求正常动作)。
(3)空载测试。拖动电机拖动双风轮机组传动链至额定转速，空转一段时间，检查机组运行是否平稳，有误振动和漏油异常情况。
(4)并网及全功率测试。分别按照4m/s、6m/s、8m/s、10m/s、12m/s平均风速进行加载测试，各风速下运行30分钟。实时记录传动链各部件振动，发电机、齿轮箱、主轴承相关温度值，发电机功率波动等，对各风速段运行数据进行整理和分析。

Claims (8)

1.针对串列式双风轮风电机组的全功率测试平台，其特征在于，包括拖动变频器(6)、机组变流器(7)、串列式双风轮传动链(13)、拖动电机组件、信号采集仪(19)、载荷模拟器(20)和液压模块；串列式双风轮传动链(13)的两端分别连接有拖动电机组件，两端的拖动电机组件均连接到拖动变频器(6)，机组变流器(7)和信号采集仪(19)均连接到串列式双风轮传动链(13)；信号采集仪(19)连接载荷模拟器(20)，载荷模拟器(20)连接液压模块；拖动变频器(6)和机组变流器(7)分别连接外部电网。
2.根据权利要求1所述的针对串列式双风轮风电机组的全功率测试平台，其特征在于，外部电网通过第一变压器(2)连接到拖动变频器(6)和机组变流器(7)，拖动变频器(6)和第一变压器之间设置有第二变压器(3)，机组变流器(7)和第一变压器之间设置有第三变压器(4)。
3.根据权利要求2所述的针对串列式双风轮风电机组的全功率测试平台，其特征在于，第一变压器(2)上设置有无功补偿单元，用来补偿试验平台所消耗的电网无功功率。
4.根据权利要求1所述的针对串列式双风轮风电机组的全功率测试平台，其特征在于，拖动电机组件包括拖动电机(8)、扭矩法兰(9)、减速箱齿轮(10)、补偿联轴器(11)和动态非扭矩加载器(12)；串列式双风轮传动链(13)主轴端连接动态非扭矩加载器(12)，动态非扭矩加载器(12)、补偿联轴器(11)、减速箱齿轮(10)、扭矩法兰(9)和拖动电机(8)依次连接。
5.根据权利要求4所述的针对串列式双风轮风电机组的全功率测试平台，其特征在于，动态非扭矩加载器(12)连接液压模块。
6.根据权利要求1所述的针对串列式双风轮风电机组的全功率测试平台，其特征在于，液压模块包括液压控制器(21)和液压站(22)；液压控制器(21)连接液压站(22)。
7.根据权利要求1所述的针对串列式双风轮风电机组的全功率测试平台，其特征在于，载荷模拟器(20)模拟参数包括风速、叶片参数、发电机转速和发电机功率。
8.针对串列式双风轮风电机组的全功率测试平台的测试方法，其特征在于，基于权利要求1至7任意一项所述的针对串列式双风轮风电机组的全功率测试平台，包括以下步骤：
安装双风轮机组传动链，将前后风轮主轴端分别与动态非扭矩加载器输出端连接；
在上电前对机舱柜内的线路进行绝缘测试，上电后对机组进行静态测试；
拖动电机拖动双风轮机组传动链至额定转速，空转一段时间，检查机组运行是否平稳，有误振动和漏油异常情况；
分别按照不同的设定平均风速进行加载测试，实时记录传动链各部件振动，发电机、齿轮箱、主轴承相关温度值，发电机功率波动，对各风速段运行数据进行整理和分析。
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