CN205823545U - 一种风力发电机组变桨系统的测试系统 - Google Patents

Abstract

一种风力发电机组变桨系统的测试系统，属于风力发电技术领域。包括电网三相供电电源、控制柜、电动调压器、变桨系统、加载系统及轮毂，所述控制柜的控制器一路通过电动调压器连接变桨系统，变桨系统的变桨电机连接轮毂每个轴上的变桨减速箱Ⅰ；控制柜的控制器另一路通过加载系统连接轮毂每个轴上的另一个变桨减速箱Ⅱ，控制柜的控制器还分别连接设置在轮毂上的振动传感器和扭矩传感器；控制柜、电动调压器和加载驱动器分别连接电网三相供电电源，通过控制柜的控制器控制测试变桨系统。本实用新型通过模拟变桨轴承和变桨电机的转轴实际的运行情况下承受的力矩和载荷，接近真实工况。可以完全反应变桨系统的所有性能，满足对变桨系统的性能测试需求。

Description

一种风力发电机组变桨系统的测试系统

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，特别是涉及一种风力发电机组变桨系统的测试系统。

背景技术

随着世界范围内能源危机的爆发，核能发电的巨大危害性，风能等可再生能源越来越受到更广泛的关注，并得到广泛的应用，从而使得风力发电机组成为太阳能利用的主要设备。变桨系统是风力发电机组的核心设备，其性能直接影响到风机的发电效率和机组的安全性。

在将变桨系统安装于实际的风电机组运行之前，有必要对变桨系统样机的性能进行测试。

目前，在变桨系统进行测试的方法中，首先选定一种类型的机组，在相应级别的实验台上，通过对变桨电机转轴施加扭矩，模拟变桨过程中气流对桨叶的气动载荷对变桨电机转轴产生的影响，使变桨系统运行若干时间以对变桨系统进行测试。

但上述的测试方法中，只模拟了不同风况下变桨过程中对变桨电机转轴产生的影响，没有考虑到风力载荷对变桨轴承产生的作用力对变桨轴承机械性能的影响，而变桨轴承的机械性能在变桨系统运行过程中起着重要的作用，因此，不能很好的反映变桨系统在实际风况下的运行情况。。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提供一种风力发电机组变桨系统的测试系统，以满足风电机组对变桨系统性能的测试需要。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明一种风力发电机组变桨系统的测试系统，包括电网三相供电电源、主控制柜、电动调压器、变桨系统、加载系统及轮毂，所述主控制柜的控制器一路通过电动调压器连接变桨系统，变桨系统的变桨电机分别连接轮毂每个轴上的变桨减速箱Ⅰ；主控制柜的控制器另一路通过加载系统的加载电机分别连接轮毂每个轴上的另一个变桨减速箱Ⅱ，主控制柜的控制器还分别连接设置在轮毂上的振动传感器和扭矩传感器；主控制柜、电动调压器和加载系统的加载驱动器分别连接电网三相供电电源，通过主控制柜的控制器控制测试变桨系统。

进一步地，所述变桨系统包括变桨控制器、变桨驱动器、变桨电机、超级电容和低压器件；所述变桨控制器与变桨驱动器之间通过以太网通讯连接形成变桨控制柜，用于向变桨驱动器发送控制信号；变桨控制柜分别与超级电容和变桨电机连接，根据所述变桨控制器的控制信号调节接入的输入电压以输出对变桨电机的控制信号；变桨电机与轮毂一侧的变桨减速箱Ⅰ连接，低压器件组成硬件控制回路；超级电容与变桨驱动器的直流母线连接，在电网供电失败的情况下，做为备用电源供变桨系统控制电机，使风机叶片顺桨至安全位置。

进一步地，所述扭矩传感器安装于加载电机和变桨减速箱Ⅱ之间，振动传感器安装于轮毂的变桨轴承，用于测量轴承的振动情况，扭矩传感器和振动传感器均连接主控制柜的控制器，用于数据采集和数据分析。

进一步地，所述加载系统包括加载驱动器和三台加载电机；加载驱动器接收来自主控制柜内控制器的信号，并与加载电机分别连接，用于执行所述控制器的控制信号，同时对三台加载电机输出控制信号；三台加载电机与轮毂每个轴的变桨减速箱Ⅱ分别连接，变桨减速箱Ⅱ输出端齿轮与变桨轴承啮合，驱动变桨轴承，模拟叶片对变桨轴承施加载荷。

进一步地，所述电动调压器和变桨系统间还设有主开关，控制电动调压器调整加到负载上的电压、电流和功率。

进一步地，所述轮毂包括轮毂主体、3个变桨轴承和6台变桨减速箱，其中主体上开有两个变桨减速箱的安装孔，一个作为变桨轴承的驱动端，另一个作为变桨轴承的负载端，两安装孔内分别安装单轴上的两个变桨减速箱，两个变桨减速箱分别连接变桨电机和加载电机，连接加载电机的变桨减速箱上连接扭矩传感器，轮毂的变桨轴承上安装振动传感器。

本发明的有益效果为：

本发明通过模拟变桨轴承和变桨电机的转轴实际的运行情况下承受的力矩和载荷，接近真实工况。并且变桨控制系统是一套真实的系统，进而变桨控制系统在电网供电和超级电容供电的情况下，可以真实的反应出变桨系统所受载荷情况、过载能力、低电压穿越和高电压穿越能力，可以完全反应变桨系统的所有性能，满足对变桨系统的性能测试需求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中：1.主控制柜，2.电动调压器，3.变桨系统，4.供电电源，5.加载系统，6.电容，7.变桨电机，8.变桨控制柜，9.轮毂，10.扭矩传感器，11.振动传感器，12.加载电机，13.加载驱动器,14.变桨减速箱Ⅰ安装孔，15.变桨减速箱Ⅱ安装孔，16.主开关。

具体实施方式

下面通过实施例和附图对本发明作进一步详述。

实施例：如图1所示,本发明一种风力发电机组变桨系统的测试系统，包括电网三相供电电源4、主控制柜1、电动调压器2、变桨系统3、加载系统5及轮毂9，所述主控制柜1的控制器一路通过电动调压器2连接变桨系统3，变桨系统3的变桨电机7分别连接轮毂9每个轴上的变桨减速箱Ⅰ；主控制柜1的控制器另一路通过加载系统3的加载电机7分别连接轮毂9每个轴上的另一个变桨减速箱Ⅱ，主控制柜1的控制器还分别连接设置在轮毂9上的振动传感器11和扭矩传感器10；主控制柜1、电动调压器2和加载系统3的加载驱动器13分别连接电网三相供电电源4，通过主控制柜1的控制器控制测试变桨系统。变桨减速箱Ⅰ和变桨减速箱Ⅱ分别安装在轮毂9的变桨减速箱Ⅰ安装孔和变桨减速箱Ⅱ安装孔内。

所述变桨系统3包括变桨控制器(PLC)、变桨驱动器、变桨电机7、超级电容6和低压器件；所述变桨控制器与变桨驱动器之间通过以太网通讯连接组成变桨控制柜8，用于向变桨驱动器发送控制信号；变桨控制柜8分别与超级电容6和变桨电机7连接，根据所述变桨控制器的控制信号调节接入的输入电压以输出对变桨电机7的控制信号；变桨电机7与轮毂3一侧的变桨减速箱Ⅰ连接，低压器件包括断路器、接触器、继电器、开关电源及充电器，低压器件组成硬件控制回路；超级电容6与变桨驱动器的直流母线连接，在电网供电失败的情况下，做为备用电源供变桨系统控制电机，使风机叶片顺桨至安全位置。

其中，PLC控制器接收主控制柜1的指令，并且将变桨系统的所有信息上传至主控制柜1，变桨控制柜8内的其他低压器件组成变桨系统的硬件控制电路，用于驱动变桨电机7。变桨电机7执行驱动器的控制命令，并与变桨减速箱连接，驱动变桨轴承转动叶片。

超级电容6作为变桨系统的备用电源，在电网故障时为变桨系统提供能量，其具有较好的充、放电性能，并且电压变化呈线性。

所述扭矩传感器10安装于加载电机12和变桨减速箱Ⅱ之间，振动传感器11安装于轮毂9的变桨轴承上，用于测量轴承的振动情况，扭矩传感器10和振动传感器11均连接主控制柜1的控制器，用于数据采集和数据分析。

所述加载系统3包括加载驱动器13和三台加载电机12；加载驱动器13接收来自主控制柜1内控制器的信号，并与加载电机12分别连接，用于执行所述控制器的控制信号，同时对三台加载电机12输出控制信号；三台加载电机12与轮毂9每个轴的变桨减速箱Ⅱ分别连接，变桨减速箱Ⅱ输出端齿轮与变桨轴承啮合，驱动变桨轴承，模拟叶片对变桨轴承施加载荷。

加载驱动器13接收主控制柜1的加载命令，该指令可以是恒定的转矩，也可以是实时变化的转矩，同时驱动加载电机12，模拟叶片施加给变桨轴承的载荷。

所述电动调压器2，与主控制柜1中的控制器连接，受控于控制器输出的模拟量信号，进而调节调压器的输出电压，模拟电网各种工况。在所述电动调压器和变桨系统间还设有主开关，为可独立控制三相电的接触器，通过控制柜1的控制命令，分别断开电网一相、两相和三相，并控制电动调压器2调整加到负载上的输出电压、电流和功率。

所述轮毂9包括轮毂主体、3个变桨轴承和6台减速箱，轮毂主体上安装3个变桨轴承，每个轴上分别安装2台减速箱，减速箱输出端均与变桨轴承啮合；其中轮毂主体上开有两个变桨减速箱的安装孔，一个作为变桨轴承的驱动端，另一个作为变桨轴承的负载端，两安装孔内分别安装单轴上的两个变桨减速箱，两个变桨减速箱分别连接变桨电机和加载电机，连接加载电机的变桨减速箱Ⅱ15上连接扭矩传感器10，用于测量加载系统施加的扭矩；轮毂9的变桨轴承上安装振动传感器11，用于测量加载过程中变桨轴承的振动情况。

如图1所示，主控制柜1内包括控制器、开关电源、断路器、接触器和继电器；所述控制器，用于控制供变桨系统的动力电、变桨系统3给定信号、变桨系统3反馈信号、加载系统5的输出、电动调压器2的输出、接收扭矩传感器10和振动传感器11的数据；其中，分别控制动力电断单项、两相和三相，时间可根据要求进行设定；可以模拟主控系统给变桨系统信号，包括位置、速度、启动、停止等命令信号；可以控制加载系统5的输出扭矩，模拟风机叶片的载荷；可以通过控制电动调压器2控制变桨系统3的动力电电压，模拟高电压穿越和低电压穿越；可以接收传感器数据，对变桨轴承进行数据采集与计算。

所述开关电源、断路器、接触器和继电器等低压器件组成控制电路硬件回路.

本发明可以测试变桨系统3在不同加载工况和不同电网工况下，不同的控制柜1中控制器指令下的运行情况，评估变桨系统3的性能，即其安全性和可靠性。

本发明在测试时：

(1)需采集的数据包括：变桨电机速度和位置的给定与反馈、超级电容6的电压反馈、扭矩传感器的转矩反馈、主开关动作反馈；

(2)位置给定包括方波和正弦波，其中，方波信号是指风机叶片旋转位置从0°到90°，再从90°到0°，并以最大变桨速度运行的位置给定；正弦波信号是幅值20°，周期20s的正弦波，以幅值为最大速度，周期20s的正弦波速度给定运行；

(3)在上述3种运行工况中，在加载系统输出扭矩为变桨电机额定数据时，通过控制柜分别控制主开关进行两相跌落和三相跌落，时间为3s，在此期间，变桨系统需保持不脱网连续运行；

(4)通过控制柜1内的控制器记录采集到的数据和波形，方波信号情况下，电机位置反馈为线性，并以设定最大速度运行；正选信号情况下，电机位置反馈为正弦波，延时300ms以内，电机速度反馈为正弦波，延时300ms以内；

(5)方波信号时，三相跌落时间大于一次顺桨过程，利用超级电容供电已最大速度运行，测试满载情况下是否满足大于1次顺桨动作，即备用电源是否满足设计要求。

Claims (6)

1.一种风力发电机组变桨系统的测试系统，其特征在于：包括电网三相供电电源、主控制柜、电动调压器、变桨系统、加载系统及轮毂，所述主控制柜的控制器一路通过电动调压器连接变桨系统，变桨系统的变桨电机分别连接轮毂每个轴上的变桨减速箱Ⅰ；主控制柜的控制器另一路通过加载系统的加载电机分别连接轮毂每个轴上的另一个变桨减速箱Ⅱ，主控制柜的控制器还分别连接设置在轮毂上的振动传感器和扭矩传感器；主控制柜、电动调压器和加载系统的加载驱动器分别连接电网三相供电电源，通过主控制柜的控制器控制测试变桨系统。

2.根据权利要求1所述风力发电机组变桨系统的测试系统，其特征在于：所述变桨系统包括变桨控制器、变桨驱动器、变桨电机、超级电容和低压器件；所述变桨控制器与变桨驱动器之间通过以太网通讯连接形成变桨控制柜，用于向变桨驱动器发送控制信号；变桨控制柜分别与超级电容和变桨电机连接，根据所述变桨控制器的控制信号调节接入的输入电压以输出对变桨电机的控制信号；变桨电机与轮毂一侧的变桨减速箱Ⅰ连接，低压器件组成硬件控制回路；超级电容与变桨驱动器的直流母线连接，在电网供电失败的情况下，做为备用电源供变桨系统控制电机，使风机叶片顺桨至安全位置。

3.根据权利要求1所述风力发电机组变桨系统的测试系统，其特征在于：所述扭矩传感器安装于加载电机和变桨减速箱Ⅱ之间，振动传感器安装于轮毂的变桨轴承，用于测量轴承的振动情况，扭矩传感器和振动传感器均连接主控制柜的控制器，用于数据采集和数据分析。

4.根据权利要求1所述风力发电机组变桨系统的测试系统，其特征在于：所述加载系统包括加载驱动器和三台加载电机；加载驱动器接收来自主控制柜内控制器的信号，并与加载电机分别连接，用于执行所述控制器的控制信号，同时对三台加载电机输出控制信号；三台加载电机与轮毂每个轴的变桨减速箱Ⅱ分别连接，变桨减速箱Ⅱ输出端齿轮与变桨轴承啮合，驱动变桨轴承，模拟叶片对变桨轴承施加载荷。

5.根据权利要求1所述风力发电机组变桨系统的测试系统，其特征在于：所述电动调压器和变桨系统间还设有主开关，控制电动调压器调整加到负载上的电压、电流和功率。

6.根据权利要求1所述风力发电机组变桨系统的测试系统，其特征在于：所述轮毂包括轮毂主体、3个变桨轴承和6台变桨减速箱，其中主体上开有两个变桨减速箱的安装孔，一个作为变桨轴承的驱动端，另一个作为变桨轴承的负载端，两安装孔内分别安装单轴上的两个变桨减速箱，两个变桨减速箱分别连接变桨电机和加载电机，连接加载电机的变桨减速箱上连接扭矩传感器，轮毂的变桨轴承上安装振动传感器。