CN218725328U - 一种兆瓦级风力发电机组检测系统 - Google Patents

Abstract

一种兆瓦级风力发电机组检测系统，涉及一种风力发电机检测系统，配电系统（2）为综合性能试验平台设备所需电压等级和功率容量的电源，平台基础（3）安装固定整个综合性能试验平台的钢轨和相应地基，平台在钢轨上带有倒T字型槽，固定试验平台上的电机、齿轮箱；传感器及其参数测量仪器（4）包括配电设备、功率平台和运行设备中用于检测各个测试点的电流电压，以及电机转速转矩传感器、仪器设备；监控系统（5）连接试验台对各部分工作状态进行监测，同时采集相关数据对试验设备进行分析。本实用新型通过对兆瓦级风力发电机组各部件关键状态变量进行详细记录和分析，找出设备损坏原因与设计薄弱点，从而指导设备再生和维修。

Description

一种兆瓦级风力发电机组检测系统

技术领域

本实用新型涉及一种风力发电机检测系统，特别是涉及一种兆瓦级风力发电机组检测系统。

背景技术

风能产业作为代表性的清洁再生能源产业，是我国的新型战略性产业调整的重要组成部分。2004年开始国家出台多项激励政策，经过十几年的快速发展，国内累积风电装机容量基本维持20-25%年增长比例。未来，中国风电建设也将保持相对高速的发展。但是超常规发展带来巨大经济效益的同时，也凸显出许多问题：最终体现在设备寿命缩短，损坏率高，运维成本高昂。

目前国内运营商对于损坏设备的处理方法是：对损坏的小部件进行现场维修和备品更换，而对叶片、齿轮箱、发电机等大部件则是直接返厂维修，或者采购新部件进行替换，对设计方案不做优化，对设备的运行状态也不做细致的研究和分析。

目前国内的风电设备实验平台基本状况如下：

设备制造商的实验平台：可以很好的实现部件自身的性能检测，例如发电机的动平衡及绝缘等。但是没有设备制造商会站在整个风机系统的角度对设备进行检测，造成了检测效果的局限性。

整机厂家的实验平台：可以很好的验证风机的整体外特性，例如功率特性和运行状态。但是这些平台不关注零部件本身的性能和寿命，对部件自身的设计或制造缺陷无法判断。

风机运营商：基本没有任何风机出厂检验能力，考虑到生产压力和入网要求，很难以在役风机作为研究对象进行实验。

综合这些试验平台的优势和局限性，为了全力支撑风机设备制造技术，验证制造效果，需要开发风电机组综合性能试验平台，在风机各设备的全工况动态模型及空气动力学的动态模型基础上，结合电力拖动加载平台和计算机仿真平台，对发电机、齿轮箱、变流器等关键部件以及整机性能进行测试非常必要。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种兆瓦级风力发电机组检测系统，本实用新型通过对兆瓦级风力发电机组各部件关键状态变量进行详细记录和分析，找出设备损坏原因与设计薄弱点，从而指导设备再生和维修。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种兆瓦级风力发电机组检测系统，所述系统包括主传动轴测试部件和功率试验系统、配电系统、平台基础、传感器及其参数测量仪器、监控系统；主传动轴测试部件和功率试验系统包括用来模拟风轮特性的拖动原动机、拖动调速变频器、减速箱、风力发电机组齿轮箱、双馈风力发电机、双馈变频器；配电系统为综合性能试验平台设备所需电压等级和功率容量的电源，包括高压配电柜、高压变压器、低压开关柜及整流移相变压器，以及模拟电网和为拖动系统进行供电的变压器、配电电缆、开关控制元件；平台基础3安装固定整个综合性能试验平台的钢轨和相应地基，平台在钢轨上带有倒T字型槽，固定试验平台上的电机、齿轮箱；传感器及其参数测量仪器包括配电设备、功率平台和运行设备中用于检测各个测试点的电流电压，以及电机转速转矩传感器、仪器设备；监控系统连接试验台对各部分工作状态进行监测，同时采集相关数据对试验设备进行分析。

所述的一种兆瓦级风力发电机组检测系统，所述传感器和测量仪器设备连通被测量设备部件并传送到控制台进行状态显示。

本实用新型的优点与效果是：

本实用新型实现风机并网加载过程，可以更加直接、有说服力的评判产品质量和设计效果。软硬件结合，可以实现各种风况和故障模拟，为产品设计提供理论依据。实验平台兼具生产功能，可以将再生技术和性能试验相结合。

附图说明

图1为本实用新型系统实施结构示意图；

图2为本实用新型实施的电气原理图。

附图标号：主传动轴测试部件和功率试验系统1、配电系统2、平台基础3、传感器及其参数测量仪器4、监控系统5、主变压器6、低压进线柜7、移相变压器8、原动机9、调速变频器10、减速箱11、风电齿轮箱12、双馈发电机13、双馈变频器14、并网断路器15、高速联轴节16、十字万向联轴节17。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例对本实用新型进行详细说明。

本实用新型利用拖动原动机9和拖动调速变频器10，拖动风力发电机组运行，并且可以进行无级调速。当速度达到风电机组并网速度时，双馈变频器14将风电机组并入电网，并且在并入电网之后通过调整拖动原动机可以在任意速度下运行，通过调节双馈变频器14的转矩给定和功率因数给定，可以实现任意发电量和功率因数的设置。

配电系统2与工业电网电气连接，从电网获取电能，并通过电缆分别与风轮模拟部分以及风电机组相连接，风轮模拟部分与风电机组机械连接，整个系统构成能量循环的结构，监控系统5通过电源电缆，控制电缆，信号电缆与测试系统连接。

配电系统2通过低压进线柜7连接到工业电网，低压进线柜7与主变压器6的低压侧通过电缆进行连接，低压进线柜7对电源进行分配，一路通过电缆与移相变压器8连接，并通过电缆将电源配置部分与主传动轴测试部件和功率试验系统1的拖动调速变频器10连接；低压进线柜7通过另一路电缆将电源配置部分与风力发电机组的双馈变频器14连接；低压进线柜7通过另一路电缆将电源配置部分与并网断路器15连接。

主传动轴测试部件和功率试验系统1包括拖动调速变频器10、拖动原动机9、高速联轴节16、减速箱11、十字万向联轴节17；调速变频器10通过电缆与配电系统2的移相变压器8连接，通过电缆与双馈发电机13电气连接，双馈发电机的高速轴使用高速联轴节与减速箱的高速轴机械连接，减速箱的低速轴与十字万向联轴节之间为机械连接，十字万向联轴节机械连接到风力发电机组的高速轴。风轮模拟系统原动机采用异步电机，调速变频器采用矢量控制。

变速恒频双馈风力发电机系统在起动过程中，当风机带动发电机升速达到发电机的最小运行速度，这时转子侧的变流器开始工作，控制定子绕组的空载端电压跟随电网电压，并迅速达到同步，此时的发电机相当一个旋转的变压器，在起动过程中，双馈发电机采用电压控制，即通过控制转子电流的幅值、相位和频率使并网条件自动得到满足。即定子绕组的三相电压的幅值、相位、频率和电网三相电压的幅值、相位、频率相一致。并网前发电机处于空载状态，即有功功率为零，这时发电机所需无功功率全都由转子电流提供。

风力发电机在并网状态下，其定子绕组接入工频电网，转子绕组接入一个频率、幅值、相位都可以调节的三相交流电源，这个三相交流电源采用背靠背交直交四象限双向变流器。该系统控制是根据实际的风速和电网的要求，通过对转子馈电的控制实现定子侧恒压恒频的电力输出和功率因数的调节。转速和功率因数的设定值可以由系统管理层面输送至变流器控制单元，同时，转速和转矩作为实际应用值反馈到系统控制中。

在启动过程中，当风机带动发电机升速达到发电机的最小运行速度，这时转子侧的变流器开始工作，控制定子绕组的空载端电压跟随电网电压，并迅速达到同步，此时的发电机相当一个旋转的变压器，在启动过程中，双馈发电机采用电压控制，即通过控制转子电流的幅值、相位和频率使并网条件自动得到满足。即定子绕组的三相电压的幅值、相位、频率和电网三相电压的幅值、相位、频率相一致。并网前发电机处于空载状态，即有功功率为零，这时发电机所需无功功率全都由转子电流提供。

交流励磁变速恒频发电是在双馈电机的转子中施加三相低频交流电流实现励磁，调节励磁电流的幅值、频率、相序，确保发电机输出功率恒频恒压。同时采用矢量变换控制技术，实现发电机有功功率、无功功率的独立调节。调节有功功率可调节风机转速，进而实现最大风能捕获的追踪控制；调节无功功率可调节电网功率因数，提高发电机组所并电网系统的动、静态运行稳定。

对电网骤降的处理分为两种模式：对于小值瞬时故障，系统依靠自身的正常运行控制来实现发电机的不间断运行；而对于大值瞬时故障，则因转子过流而随即导致直流侧电压达到保护上限时，转子侧撬棒急速短接，以消耗能量，并使转子侧交流器旁路。转子侧绕组将维持短路状态直至主断路器将发电机组定子侧与电网断开。

分别将被测的发电机定子、转子及变流器输出输入端电压、电流传感器接到电能质量分析仪输入通道，选择特定的传感器。测试各部的电压电流的有效值、RMS、有功功率、无功功率、视在传感器功率、功率因数。

三相异步发电机定子绕组通过断路器直接连接到变压器690V电源输出的二次绕组上，转子则通过断路器，半导体熔断器隔离开关和变流器连接到这一点上。发电机的定子通过逆变器的控制直接与主电源相连，而不需要电流补偿。变流器功率器件内部控制电路由一个24v直流电源供电。如果由于某种原因这一电源电压低于规定的欠压动作数值，功率器件将被关断并输出一个故障信号。但是小毛刺干扰时欠压电路不动作。如果出现电网短路故障引起发电机定子侧过流时，变流器能够通过电流检测装置关断功率器件，转子能够通过短路撬棒实现短路，直到励磁电流接近于零。同时，发电机定子侧与电网断开。

Claims (2)

1.一种兆瓦级风力发电机组检测系统，其特征在于，所述系统包括主传动轴测试部件和功率试验系统（1）、配电系统（2）、平台基础（3）、传感器及其参数测量仪器（4）、监控系统（5）；主传动轴测试部件和功率试验系统（1）包括用来模拟风轮特性的拖动原动机（9）、拖动调速变频器（10）、减速箱（11）、风力发电机组齿轮箱（12）、双馈风力发电机（13）、双馈变频器（14）；配电系统（2）为综合性能试验平台设备所需电压等级和功率容量的电源，包括高压配电柜、高压变压器、低压开关柜及整流移相变压器，以及模拟电网和为拖动系统进行供电的变压器、配电电缆、开关控制元件；平台基础（3）安装固定整个综合性能试验平台的钢轨和相应地基，平台在钢轨上带有倒T字型槽，固定试验平台上的电机、齿轮箱；传感器及其参数测量仪器（4）包括配电设备、功率平台和运行设备中用于检测各个测试点的电流电压，以及电机转速转矩传感器、仪器设备；监控系统（5）连接试验台对各部分工作状态进行监测，同时采集相关数据对试验设备进行分析。

2.根据权利要求1所述的一种兆瓦级风力发电机组检测系统，其特征在于，所述传感器和测量仪器设备连通被测量设备部件并传送到控制台进行状态显示。

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