CN1991326B - 用于测试风力涡轮机的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

描述了一种用于测试的系统(400)。所述系统包括：风力涡轮机(102)、被构造成产生功率并与所述风力涡轮机相联接的电网发电机(410)、以及与电网发电机相联接的便携式负载(406)。

Description

用于测试风力涡轮机的系统和方法
技术领域
本发明总体涉及一种风力涡轮机，更具体地说涉及用于测试风力涡轮机的发电能力的系统和方法。
背景技术
在将风力涡轮机供给客户前，要采用互联点式(a point of iinteractive，POI)变电站对风力涡轮机进行测试。但是，如果POI变电站在某个最终期限前没有构建好或没有被通电，风力涡轮机就不能在预期时间内得到测试，从而对客户要交纳迟后供货费。此外，如果POI变电站在临近向客户供给风力涡轮机的规定期限才构建好或被通电，就造成了时间冲突，并由此带来不便。
发明内容
一方面，描述了一种用于测试的系统。该系统包括风力涡轮机、被构造成发电并与风力涡轮机相联接的电网发电机、以及与该电网发电机相联接的便携式负载。
另一方面，描述了一种用于测试的系统。该系统包括风力涡轮机、被构造成发电并与风力涡轮机相联接的便携式发电机、以及与该发电机相联接的便携式负载。
在另一方面，描述了一种用于测试的方法。该方法包括将电网发电机与风力涡轮机相联接，以及将便携式负载与电网发电机相联接。
附图说明
图1为用于测试风力涡轮机的系统的实施例的方框图。
图2为在图1所示系统内采用的风力涡轮机的实施例的示意图。
图3为包括图2所示风力涡轮机的发动机舱、塔架以及轮毂的系统的实施例的示意图。
图4为用于测试图2所示风力涡轮机的系统的实施例的方框图。
图5为用于测试图2所示风力涡轮机的方法的实施例的流程图。
图6为图5的流程图的继续。
图7为图6的流程图的继续。
图8为图7的流程图的继续。
图9为图8的流程图的继续。
图10为图9的流程图的继续。
具体实施方式
图1为用于测试风力涡轮机的系统100的实施例的方框图。系统100包括风力涡轮机102，电网模拟器104，垫整变压器106，互联点式(POI)变电站108，以及通用电网110。风力涡轮机102可输出1.5兆瓦(MW)的功率，备选地，风力涡轮机102可输出2.3，2.5，2.7或备选的3.6MW的功率。垫整变压器106可具有575伏交流电压(VAC)下的次级线圈以及12千伏交流电压(kVAC)下的初级线圈，并利用1.75兆伏安(MVA)的功率。备选地，垫整变压器106可具有34.5kVAC下的初级线圈以及575VAC下的次级线圈，并利用1.75MVA的功率。公用电网110可以是利用来自风力涡轮机102的功率的多个企业或家庭。在备选实施例中，多个风力涡轮机以与风力涡轮机102与公用电网110相联接类似的方式与通用电网110相联接。例如，另一个风力涡轮机102通过垫整变压器和POI变电站108与通用电网110相联接。
风力涡轮机102产生提供给垫整变压器106的风力涡轮机输出信号116。垫整变压器106接收风力涡轮机输出信号116并将风力涡轮机输出信号116从低电压转换为比低电压更高的电压以产生垫整变压器输出信号118。POI变电站108接收垫整变压器输出信号118并且将垫整变压器输出信号118从低电压转换为比低电压更高并且与通用电网110兼容的电压以产生变电站输出信号120。POI变电站108以变电站输出信号120的形式向通用电网110提供功率。
使用者使风力涡轮机102与垫整变压器106断开连接并且将风力涡轮机102与电网模拟器104相联接以测试风力涡轮机102。通过采用电网模拟器104并通过接收风力涡轮机输出信号116来测试风力涡轮机102。
图2为风力涡轮机102的实施例的示意图，其包括发动机舱202、塔架204、具有至少两个转子桨叶208的转子206以及旋转轮毂210。发动机舱202安装于塔架204的上部。转子桨叶208连接在轮毂210上。
图3为包括发动机舱202、塔架204、以及轮毂210的系统300的实施例的示意图。发动机舱202封装包括控制器304的控制面板302。在备选实施例中，控制器304位于塔架204底部的主控制柜内。在此采用的术语控制器并非仅限于那些在现有技术中被称为控制器的集成电路，而是广义地涉及处理器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器、专用集成电路、或任何其它可编程电路。
轮毂210包括变桨距驱动装置306。发动机舱202还封装主转子轴308的一部分、变速箱310、风力涡轮机发电机312、以及联接件314。偏转驱动装置316和偏转板318封装在发动机舱202内。计量吊杆320与发动机舱202相联接。发动机舱202还封装主轴承322和主构架324。控制器304控制转子206以及封装在发动机舱202内的部件。
提供变桨距驱动装置306以控制由于风而驱动轮毂210的桨叶208的桨距。在备选实施例中，多个桨叶208的桨距分别由桨距驱动装置306控制。
主转子轴308为低速轴，其通过主轴承322与轮毂210相联接并且在主转子轴308的相对端与变速箱310相联接。主转子轴308随着轮毂210的旋转而旋转。变速箱310利用双路径几何结构驱动封装的高速轴。该高速轴与主转子轴308相联接并且随着主转子轴308的旋转而旋转。高速轴以比主转子轴308更高的速度操作。备选地，主转子轴308直接与风力涡轮机发电机312相联接。高速轴被用于驱动安装在主构架324上的风力涡轮机发电机312。转子206的转矩通过主转子轴308、高速轴、变速箱310以及联接件314被传递到产生风力涡轮机输出信号116的风力涡轮机发电机312。
偏转驱动装置316和偏转板318为风力涡轮机102提供了偏转定位系统。计量吊杆320为控制面板302上的控制器304提供信息，并且该信息包括风向和/或风速。
图4为用于测试风力涡轮机的系统400的实施例的方框图并且图5-10为用于测试风力涡轮机的方法的实施例的流程图。在一些情形下可以依次、同时或者以与所述顺序不同的方式执行图5-10中所示的方法。应当理解，不是所有描述的方法都必须被执行，可以添加附加的方法，并且一些所示方法可以被其它方法替代。
系统400包括垫整变压器106，功率表402，风力涡轮机102，以及电网模拟器104。电网模拟器104包括电网变压器404，负载406，功率表408，以及电网发电机410。负载406可为多个加热器，例如至少一组电阻器。负载406的实例包括两个来自通用电能出租公司(General ElectricTM Energy RentalsCompany)的加热器，其中每个加热器包括一组电阻器并且利用150千瓦(kW)的功率。作为另一个实例，负载406包括两个加热器，其中每个加热器利用25kW-150kW并包括端点值的功率。每个功率表402和408都测定以kW为单位的功率值。电网发电机410可为柴油发电机，其具有范围在320kW-560kW并包括端点值的操作输出，并且输出范围在480-690并包括端点值的额定VAC。另一种方案，电网发电机410可以为任何利用其它类型的燃料例如天然气操作的发电机。电网发电机410包括稳压器和功率因数控制装置。型号为MMG320GE的电网发电机410可以从Marathon电子制造公司(MarathonElectricTM Manufacturing Company)获得。电网变压器404可利用400千伏安(kVA)的功率，具有在480VAC下操作的初级线圈，以及在575VAC下操作的次级线圈。型号为TMT400B26的电网变压器404可以从Temco变压器公司(Temcon TransformerTM Company)获得。
电网模拟器104为便携式的并且可在拖车上被运输，例如长度范围在40-48英尺并包括端点值的平板拖车。例如，电网模拟器104可被运输到风力涡轮机102的一个位置并与风力涡轮机102相联接。拖车与运输电网模拟器104的车辆例如卡车相联接。在另一备选实施例中，电网模拟器104包括连接在风力涡轮机发电机312和电网变压器404之间的断路器。断路器具有400安(A)的最大容量。当风力涡轮机输出信号116的电流超过负载406设定的操作电流时，断路器可通过风力涡轮机输出信号116防止过载。
通过将转子桨叶208的桨距改变为一个角度例如90度，并接着对主转子轴308实施制动，在502使用者停止风力涡轮机102操作。例如，使用者操作控制器304并且控制器304传送信号到驱动转子桨叶208的桨距驱动306以将转子桨叶208的桨距改变为90度。在备选实施例中，使用者通过将转子桨叶208的桨距改变为一个角度例如90度，在不对主转子轴308实施制动的情况下，在502停止风力涡轮机102操作。在另一备选实施例中，如果风力涡轮机102与通用电网110断开连接，则风力涡轮机102在502自动停止。
在504使用者通过解除向垫整变压器106提供功率而使垫整变压器106断电。备选地，如果POI变电站没有构建好或没有被通电，则在504垫整变压器106自动断电。在506使用者将垫整变压器106与风力涡轮机发电机312分离。例如，使用者将垫整变压器106的初级线圈的单相接头416与风力涡轮机发电机312的单相接头418断开连接，使用者将垫整变压器106的初级线圈的单相接头420与风力涡轮机发电机312的单相接头422断开连接，使用者将垫整变压器106的初级线圈的单相接头424与风力涡轮机发电机312的单相接头426断开连接，并且使用者将垫整变压器106的初级线圈的接地与风力涡轮机发电机312的接地断开连接以使垫整变压器106与风力涡轮机发电机312分离。
在508使用者将电网变压器404与风力涡轮机发电机312相联接。例如，使用者将电网变压器404的初级线圈的单相接头428与风力涡轮机发电机312的单相接头418相连，使用者将电网变压器404的初级线圈的单相接头430与风力涡轮机发电机312的单相接头422相连，使用者将电网变压器404的初级线圈的单相接头432与风力涡轮机发电机312的单相接头426相连，并且使用者将电网变压器404的初级线圈的接地与风力涡轮机发电机312的接地相连，以使电网变压器404与风力涡轮机发电机312相联接。
在510使用者检验交叉相(cross-phase)接头是否已经在电网变压器404和风力涡轮机发电机312之间发生并且在512检验单相接头418、422、426、428、430和432中的任何一个是否接地。例如，使用者确定电网变压器404的120度相接头是否与风力涡轮机发电机312的240度相相联接，以及电网变压器404的单相接头432是否与风力涡轮机发电机312的接地相联接。如果在电网变压器404和风力涡轮机发电机312之间具有交叉相接头，则在514使用者修正交叉相接头。例如，使用者将电网变压器404的120度相接头与风力涡轮机发电机312的120度相接头相连。此外，在516使用者解除接地与单相接头418、422、426、428、430和432中任何一个的联接件314。
在518使用者设定负载406以在预定功率下操作或输出预定功率例如范围在250kW～300kW并包括端点值的功率。例如，使用者在第一组内串联多个电阻器以产生预定功率的一半，在第二组内串联多个电阻器以产生预定功率的一半，并且将第一组和第二组串联以产生预定功率。
在520使用者执行对电网发电机410和负载406的预功率检查。例如，使用者检查电网发电机410是具有燃料例如柴油或气体，是否具有油，或具有防冻液。再例如，使用者控制稳压器和功率因数控制装置以使电网发电机410输出范围在470VAC-490VAC并包括端点值的电压。再例如，使用者检查第一组内的多个电阻器是否彼此联接以输出150kW的热量以及第二组内的多个电阻器是否彼此联接以输出150kW的热量。
在522使用者通过打开发电机开关来启动电网发电机410。在524使用者还改变风力涡轮机102的参数，将其从初始值变为另外值以将风力涡轮机发电机312的功率输出限定在值为100kW。例如，使用者将带有风力涡轮机发电机312内转子旋转的具有另外值的频率输入控制器304。控制器304为转子提供信号，使转子按照使用者输入的具有另外值的频率旋转。再例如，使用者通过为控制器304提供另外值来将转子桨叶208的桨距变为另外值。控制器304将具有所述另外值的信号传送到桨距驱动装置306并且桨距驱动装置306驱动转子桨叶208以将转子桨叶208的桨距变为另外值，例如范围在20度-50度并包括端点值。
在526使用者启动风力涡轮机102。例如，在526使用者通过释放对主轴的制动并且改变转子桨叶208的桨距来启动风力涡轮机102。再例如，在526使用者通过改变转子桨叶208的桨距来启动风力涡轮机102。使用者通过将例如范围在20度-30度并包括端点值的桨距输入到控制器304内来改变转子桨叶208的桨距。控制器304将信号传送到桨距驱动装置306，从而以例如范围在20度-30度并包括端点值的桨距驱动转子桨叶208。风力涡轮机102启动并且风力涡轮机发电机312内的转子随着转子桨叶208的旋转而旋转以产生风力涡轮机发电机输出信号442。风力涡轮机发电机输出信号442为风力涡轮机输出信号116的实例。
在528控制器304使风力涡轮机102与电网发电机410同步化。控制器304通过以与电网发电机410相同的频率和电压操作风力涡轮机发电机312并通过将电网发电机410的单相接头434的电压与单相接头418的电压、电网发电机410的单相接头436的电压与单相接头422的电压、以及电网发电机410的单相接头438的电压与单相接头426的电压调准执行同步化528。例如，控制器304包括变频器，其确定电网发电机输出信号440的电压频率并且将信号传送到风力涡轮机发电机312的转子以所述频率下进行操作。变频器将信号传送到风力涡轮机发电机312的转子，使得由风力涡轮机发电机312的定子产生的风力涡轮机发电机输出信号442的电压与电网发电机输出信号440的电压相等并同相。
风力涡轮机发电机312将风力涡轮机发电机输出信号442输出到电网变压器404。电网变压器404使风力涡轮机发电机输出信号442的低电压逐渐增高到比低电压更高的电压并且所述高电压由电网变压器404的次级线圈产生。电网变压器404使低电压逐渐增高并且输出电网变压器输出信号444。负载406接收电网变压器输出信号444并且进行操作，例如产生热量，以产生负载输出信号446。例如，负载输出信号446由流过第一和第二组电阻器的电流产生。
在530使用者允许负载406在预定的时间段操作，例如范围在5-10分钟并包括端点值。在负载406的操作530期间，由功率表408测定负载输出信号446的功率。功率表408测定负载输出信号446的功率以产生负载输出信号448。此外，在负载406的操作过程中，功率表402通过风力涡轮机发电机输出信号448测定功率输出，该信号与风力涡轮机发电机输出信号442相同。在532使用者监控功率表402和408以确定每个风力涡轮机发电机输出信号448和负载输出信号446具有例如范围在10kWh(千瓦小时)-20kWh并包括端点值的功率，这就足以获得联邦制造税减免。使用者在存贮装置内记录风力涡轮机发电机输出信号448和负载输出信号446的功率值。
在534使用者以与在502使用者停止风力涡轮机102的操作相同的方式停止风力涡轮机102的操作。在536使用者将风力涡轮机102的参数改回初始值以将风力涡轮机发电机312的输出功率恢复为多个值例如1MW、2.3MW、2.5MW、2.7MW或备选的3.6MW。例如，使用者将风力涡轮机发电机312内转子旋转的具有初始值的频率输入控制器304。控制器304为转子提供信号，使转子按照使用者输入的具有初始值的频率旋转。再例如，使用者通过为控制器304提供初始值来将转子桨叶208的桨距变为另外值。控制器304将具有另外值的信号传送到桨距驱动装置306并且桨距驱动装置306驱动转子桨叶208以将转子桨叶208的桨距变为初始值，例如范围在85度-95度并包括端点值。
在536使用者还通过关闭电网发电机410的开关来停止电网发电机410的操作。使用者通过断开电网变压器404与风力涡轮机发电机312之间的单相接头418、422、426、428、430和432以及接地使电网发电机410与风力涡轮机102断开连接。例如，使用者将单相接头418与单相接头428、单相接头422与单相接头430、单相接头426与单相接头432、以及电网变压器404的接地与风力涡轮机发电机312的接地断开联接。在542使用者将垫整变压器106与风力涡轮机发电机312相联接。例如，使用者将单相接头416与单相接头418、单相接头420与单相接头422、单相接头424与单相接头426、以及垫整变压器106的接地与风力涡轮机发电机312的接地相联接。在544使用者以与在526启动风力涡轮机102相同的方式启动风力涡轮机102。
在此所述的用于测试风力涡轮机的系统和方法的技术效果包括通过使用电网模拟器104节省了测试风力涡轮机102的时间。使用者不需等待POI变电站108构建好并通过后再测试风力涡轮机102。因此，避免了向用户供给风力涡轮机102的时间延迟并且节约了延迟供货的成本。其它的技术效果包括测试风力涡轮机102的时间安排的弹性化以及测试的过程迅速。通过测定负载输出信号446的功率和风力涡轮机发电机输出信号442的功率，并且通过确定负载输出信号446和风力涡轮机发电机输出信号442的电压足以实现联邦制造税减免，实现了风力涡轮机102的转换器运行测试(CCT)。
尽管已经根据不同的特定实施例描述了本发明，但本领域技术人员将会认识到，可以通过在权利要求的精神和范围内做出的修改实施本发明。
部件清单
 
100 系统 422 单相接头
102 风力涡轮机 424 单相接头
104 电网模拟器 426 单相接头
106 垫整变压器 428 单相接头
108 POI变电站 430 单相接头
110 通用电网 432 单相接头
116 风力涡轮机输出信号 434 单相接头
118 垫整变压器输出信号 436 单相接头
120 变电站输出信号 438 单相接头
150 输出 440 输出信号
202 发动机舱 440 电网发电机输出信号
204 塔架 442 涡轮机发电机输出信号
206 转子 444 电网变压器输出信号
208 转子桨叶 446 负载输出信号
210 轮毂 448 涡轮机发电机输出信号
300 系统 502 停止
302 控制面板 504 断电
304 控制器 506 断开联接
306 桨距驱动装置 508 联接
308 主转子轴 510 检验
310 变速箱 512 是否
312 风力涡轮机发电机 514 修正
314 联接件 516 解除
316 偏转驱动装置 518 设定
318 偏转板 520 执行
320 计量吊杆 522 启动
322 主轴承 524 改变
324 主构架 526 启动
 
400 系统 528 同步化
402 功率表 530 允许
404 电网变压器 532 监控
406 负载 534 停止
408 功率表 536 改变
410 电网发电机 540 断开连接
416 单相接头 542 联接
 
418 单相接头 544 启动
420 单相接头

Claims (10)

1.一种测试系统(400)，所述系统包括：
一个风轮机(102)，所述风轮机(102)包括一个风轮机发电机；以及
一个电网模拟器，其包括：
一个用于产生功率并操作地联接于所述风轮机的电网发电机(410)；
以及
一个联接于所述电网发电机的便携式负载(406)；
其中，电网模拟器通过接收风轮机输出信号来测试风轮机。
2.如权利要求1所述的系统(400)，其特征在于，还包括一个联接于所述电网发电机、所述便携式负载以及所述风轮机并且用于将风轮机发电机输出信号的低电压逐渐增高到比低电压更高的电压的电网变压器(404)。
3.如权利要求1所述的系统(400)，其特征在于，还包括一个联接于所述电网发电机(410)并用于通过所述便携式负载(406)测定功率输出的功率表(408)。
4.如权利要求1所述的系统(400)，其特征在于，还包括一个用于通过所述风轮机发电机输出信号测定功率输出的功率表(402)。
5.如权利要求1所述的系统(400)，其特征在于，还包括一个联接于一拖车并用于运输所述拖车上的所述便携式负载(406)的机动车。
6.如权利要求1所述的系统(400)，其特征在于，所述风轮机(102)通过所述风轮机的一个控制器(304)与所述电网发电机(410)同步化。
7.如权利要求1所述的系统(400)，其特征在于，所述便携式负载(406)被设置为通过接收来自与所述电网发电机(410)同步的所述风轮机(102)的功率输出来运行，并且所述系统还包括一个功率表(408)，用于根据所述便携式负载测试功率输出以根据所述便携式负载确定该功率输出是否处在预定范围内。
8.如权利要求1所述的系统(400)，其特征在于，还包括一个功率表(408)，用于测试所述风轮机(102)的风轮机发电机(312)的功率输出以确定该功率输出是否处在预定范围内。
9.如权利要求1所述的系统(400)，其特征在于，所述风轮机发电机(312)为所述便携式负载(406)在预定的时间长度内提供功率。
10.一种测试系统，所述系统包括：
一个风轮机；所述风轮机包括一个风轮机发电机；以及
一个电网模拟器，其包括：
一个用于产生功率并且操作地联接于所述风轮机的便携式发电机；以及
一个连接于所述便携式发电机的便携式负载；
其中，电网模拟器通过接收风轮机输出信号来测试风轮机。
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