CN213422613U - 一种新型风力发电变桨系统测试平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型风力发电变桨系统测试平台，包括测试平台操作系统、负载控制系统以及被测试的变桨控制系统，所述测试平台操作系统由测试平台操作计算机通过以太网与测试平台可编程控制器连接，所述测试平台可编程控制器用于输出负载系统控制指令，接收和采集负载控制系统反馈的运行状态信息与数据，所述负载控制系统使用3x400V三相交流电网电源供电，所述电网电源经过保护断路器以及EMI滤波器为主动式前端AFE、负载变频驱动器A。本实用新型不仅可以提高主电源的输入功率因数，降低控制系统注入电网的谐波含量，还可以将变桨系统测试时在负载变频器中产生的95％以上能量回馈给电网。

Description

一种新型风力发电变桨系统测试平台

技术领域

本实用新型涉及测试平台技术领域，尤其涉及一种新型风力发电变桨系统测试平台。

背景技术

常见变桨控制加载测试系统，是将负载电机回馈的能量使用大功率电阻柜将电能消耗成热能释放在环境中，相比较新型风力发电变桨系统测试平台，浪费了大量可回收能源，大功率电阻柜体积大、温度高且因其散热风扇噪音大，造成了大量环境污染，降低了测试人员的工作环境品质，同时，常见变桨控制加载测试系统只能实现恒值转速与转矩输出，无法模拟变桨系统在实际运行中的瞬时多变的转速与转矩负载工况，达不到变桨系统的测试要求效果。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种新型风力发电变桨系统测试平台。其优点在于不仅可以提高主电源的输入功率因数，降低控制系统注入电网的谐波含量，还可以将变桨系统测试时在负载变频器中产生的95％以上能量回馈给电网。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种新型风力发电变桨系统测试平台，包括测试平台操作系统、负载控制系统以及被测试的变桨控制系统，所述测试平台操作系统由测试平台操作计算机通过以太网与测试平台可编程控制器连接，所述测试平台可编程控制器用于输出负载系统控制指令，接收和采集负载控制系统反馈的运行状态信息与数据，所述负载控制系统使用3x400V三相交流电网电源供电，所述电网电源经过保护断路器以及EMI滤波器为主动式前端AFE、负载变频驱动器A、负载变频驱动器B和负载变频驱动器C提供输入R/S/T主电源，所述主动式前端AFE与负载变频驱动器A、负载变频驱动器B和负载变频驱动器C共用直流母线，所述主动式前端AFE内部包含三相可控整流桥，可以接收三个负载变频器运行时在直流母线上产生的再生电能，经过整流桥逆向直流变交流回馈给电网电源。

进一步的，所述主动式前端AFE直流母线正极设置有直流母线回路保护熔断器。直流母线回路保护熔断器用来防止母线短路造成的设备损坏。

进一步的，所述负载变频驱动器A的直流母线正极输出设置有负载变频器A直流输出防反接保护二极管，所述负载变频驱动器B的直流母线正极输出设置有负载变频器B直流输出防反接保护二极管，所述负载变频驱动器C的直流母线正极输出设置有负载变频器C直流输出防反接保护二极管。

进一步的，所述主动式前端AFE与负载变频驱动器A、负载变频驱动器B和负载变频驱动器C内部分别扩展安装有主动式前端AFE扩展通讯卡、负载变频器A扩展通讯卡、负载变频器B扩展通讯卡和负载变频器C扩展通讯卡。用于与测试平台可编程控制器建立多站点CANopen现场总线通讯网络，接收来自测试平台可编程控制器的控制指令，同时反馈主动式前端与三台负载变频器的运行状态信息与数据。

进一步的，所述负载变频驱动器A输出U/V/W电缆连接三相交流负载电机A，负载变频驱动器B输出U/V/W电缆连接三相交流负载电机B，负载变频驱动器C输出U/V/W电缆连接三相交流负载电机C。控制其运转与输出要求的转矩。

进一步的，所述变桨控制系统包含三个轴驱动器，所述三个轴驱动器分别控制一号变桨电机、二号变桨电机和三号变桨电机运转，所述一号变桨电机通过弹性联轴器A与负载电机A对拖连接，所述二号变桨电机通过弹性联轴器B与负载电机B对拖连接，所述三号变桨电机通过弹性联轴器C与负载电机C对拖连接。用负载电机输出的反向转矩来模拟变桨电机实际运行载荷，以实现对变桨系统的加载测试，判定变桨系统在各负载工况下运行性能是否满足设计要求。

本实用新型的有益效果为：

1、该新型风力发电变桨系统测试平台，通过在变桨系统测试平台内采用专用主动式前端AFE搭配三台负载变频驱动控制器，实现四象限运行，完成测试系统的三相可控整流与回馈制动，不仅可以提高主电源的输入功率因数，降低控制系统注入电网的谐波含量，还可以将变桨系统测试时在负载变频器中产生的95％以上能量回馈给电网；

2、该新型风力发电变桨系统测试平台，通过采用测试平台操作计算机与测试平台可编程控制器相结合的控制系统，从而实现将风力发电机组Bladed仿真系统的载荷时间序列文件直接导入变桨系统测试平台控制器，自动识别各载荷工况仿真载荷时间序列文件中的变桨电机转矩与转速数值，然后赋值给负载变频器的输入负载和转速指令，因此变桨系统测试时所承受的负载将完全匹配风电机组仿真系统载荷工况，所完成的变桨系统测试结果更加接近风力发电机组实际运行工况。

该装置中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现，该装置设计结构合理，使用方便，满足人们的使用需求。

附图说明

图1为本实用新型提出的一种新型风力发电变桨系统测试平台的系统结构示意图。

图中：1、测试平台操作计算机；2、测试平台可编程控制器；3、电网电源；4、保护断路器；5、EMI滤波器；6、主动式前端AFE；7、负载变频驱动器A；8、负载变频驱动器B；9、负载变频驱动器C；10、负载电机A；11、负载电机B；12、负载电机C；13、联轴器A；14、联轴器B；15、联轴器C；16、一号变桨电机；17、二号变桨电机；18、三号变桨电机；19、变桨控制系统；20、主动式前端AFE扩展通讯卡；21、负载变频器A扩展通讯卡；22、负载变频器B扩展通讯卡；23、负载变频器C扩展通讯卡；24、直流母线回路保护熔断器；25、负载变频器A直流输出防反接保护二极管；26、负载变频器B直流输出防反接保护二极管；27、负载变频器C直流输出防反接保护二极管。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。

在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。

在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。

参照图1，一种新型风力发电变桨系统测试平台，包括测试平台操作系统、负载控制系统以及被测试的变桨控制系统19，测试平台操作系统由测试平台操作计算机1通过以太网与测试平台可编程控制器2连接，测试平台可编程控制器2用于输出负载系统控制指令，接收和采集负载控制系统反馈的运行状态信息与数据，负载控制系统使用3x400V三相交流电网电源3供电，电网电源3经过保护断路器4以及EMI滤波器5为主动式前端AFE6、负载变频驱动器A7、负载变频驱动器B8和负载变频驱动器C9提供输入R/S/T主电源，主动式前端AFE6与负载变频驱动器A7、负载变频驱动器B8和负载变频驱动器C9共用直流母线，主动式前端AFE6内部包含三相可控整流桥，可以接收三个负载变频器运行时在直流母线上产生的再生电能，经过整流桥逆向直流变交流回馈给电网电源3。

具体的，主动式前端AFE6直流母线正极设置有直流母线回路保护熔断器24。直流母线回路保护熔断器24用来防止母线短路造成的设备损坏。

负载变频驱动器A7的直流母线正极输出设置有负载变频器A直流输出防反接保护二极管25，负载变频驱动器B8的直流母线正极输出设置有负载变频器B直流输出防反接保护二极管26，负载变频驱动器C9的直流母线正极输出设置有负载变频器C直流输出防反接保护二极管27。

主动式前端AFE6与负载变频驱动器A7、负载变频驱动器B8和负载变频驱动器C9内部分别扩展安装有主动式前端AFE扩展通讯卡20、负载变频器A扩展通讯卡21、负载变频器B扩展通讯卡22和负载变频器C扩展通讯卡23。用于与测试平台可编程控制器2建立多站点CANopen现场总线通讯网络，接收来自测试平台可编程控制器2的控制指令，同时反馈主动式前端与三台负载变频器的运行状态信息与数据。

负载变频驱动器A7输出U/V/W电缆连接三相交流负载电机A10，负载变频驱动器B8输出U/V/W电缆连接三相交流负载电机B11，负载变频驱动器C9输出U/V/W电缆连接三相交流负载电机C12。控制其运转与输出要求的转矩。

值得一提的是，变桨控制系统19包含三个轴驱动器，三个轴驱动器分别控制一号变桨电机16、二号变桨电机17和三号变桨电机18运转，一号变桨电机16通过弹性联轴器A13与负载电机A10对拖连接，二号变桨电机17通过弹性联轴器B14与负载电机B11对拖连接，三号变桨电机18通过弹性联轴器C15与负载电机C12对拖连接。用负载电机输出的反向转矩来模拟变桨电机实际运行载荷，以实现对变桨系统的加载测试，判定变桨系统在各负载工况下运行性能是否满足设计要求。

工作原理：通过在变桨系统测试平台内采用专用主动式前端AFE6搭配三台负载变频驱动控制器，实现四象限运行，完成测试系统的三相可控整流与回馈制动，不仅可以提高主电源的输入功率因数，降低控制系统注入电网的谐波含量，还可以将变桨系统测试时在负载变频器中产生的95％以上能量回馈给电网。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种新型风力发电变桨系统测试平台，包括测试平台操作系统、负载控制系统以及被测试的变桨控制系统(19)，其特征在于，所述测试平台操作系统由测试平台操作计算机(1)通过以太网与测试平台可编程控制器(2)连接，所述负载控制系统使用3x400V三相交流电网电源(3)供电，所述电网电源(3)经过保护断路器(4)以及EMI滤波器(5)为主动式前端AFE(6)、负载变频驱动器A(7)、负载变频驱动器B(8)和负载变频驱动器C(9)提供输入R/S/T主电源，所述主动式前端AFE(6)与负载变频驱动器A(7)、负载变频驱动器B(8)和负载变频驱动器C(9)共用直流母线，所述主动式前端AFE(6)内部包含三相可控整流桥，接收三个负载变频器运行时在直流母线上产生的再生电能，经过整流桥逆向直流变交流回馈给电网电源(3)。

2.根据权利要求1所述的一种新型风力发电变桨系统测试平台，其特征在于，所述主动式前端AFE(6)直流母线正极设置有直流母线回路保护熔断器(24)。

3.根据权利要求1所述的一种新型风力发电变桨系统测试平台，其特征在于，所述负载变频驱动器A(7)的直流母线正极输出设置有负载变频器A直流输出防反接保护二极管(25)，所述负载变频驱动器B(8)的直流母线正极输出设置有负载变频器B直流输出防反接保护二极管(26)，所述负载变频驱动器C(9)的直流母线正极输出设置有负载变频器C直流输出防反接保护二极管(27)。

4.根据权利要求1所述的一种新型风力发电变桨系统测试平台，其特征在于，所述主动式前端AFE(6)与负载变频驱动器A(7)、负载变频驱动器B(8)和负载变频驱动器C(9)内部分别扩展安装有主动式前端AFE扩展通讯卡(20)、负载变频器A扩展通讯卡(21)、负载变频器B扩展通讯卡(22)和负载变频器C扩展通讯卡(23)。

5.根据权利要求1所述的一种新型风力发电变桨系统测试平台，其特征在于，所述负载变频驱动器A(7)输出U/V/W电缆连接三相交流负载电机A(10)，负载变频驱动器B(8)输出U/V/W电缆连接三相交流负载电机B(11)，负载变频驱动器C(9)输出U/V/W电缆连接三相交流负载电机C(12)。

6.根据权利要求1所述的一种新型风力发电变桨系统测试平台，其特征在于，所述变桨控制系统(19)包含三个轴驱动器，所述三个轴驱动器分别控制一号变桨电机(16)、二号变桨电机(17)和三号变桨电机(18)运转，所述一号变桨电机(16)通过弹性联轴器A(13)与负载电机A(10)对拖连接，所述二号变桨电机(17)通过弹性联轴器B(14)与负载电机B(11)对拖连接，所述三号变桨电机(18)通过弹性联轴器C(15)与负载电机C(12)对拖连接。

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