專利名稱：大型永磁直驅風力發(fā)電機組仿真測試系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及風力發(fā)電機組的測試系統(tǒng)，特別是涉及一種大型永磁直驅風力發(fā)電 機組仿真測試系統(tǒng)。
背景技術：
目前國內雙饋異步機組的電機試驗， 一般都是生產(chǎn)廠采用兩臺雙饋機背對背對 拖來進行電機試驗，而永磁直驅機目前都是從國外引進的許可證，也是采用兩臺機 對拖，只是增加了兩臺上網(wǎng)逆變器，這種方法對數(shù)據(jù)的準確程度和風力發(fā)電機全轉 速情況下的仿真還是有缺點的，不能準確反應機組全工況。
由于大型風力發(fā)電機組是在野外使用的架在數(shù)十米高空的大型設備，它在不同 外部條件下的全工況過程一般可能會非常慢長，所以單靠在現(xiàn)場檢測和評估風電機 組整機質量，不但周期長，而且在現(xiàn)場檢測中發(fā)現(xiàn)的缺陷已經(jīng)很難進行補救，現(xiàn)場 測試方式存在嚴重不足。
目前國內包擴永磁直驅機組、雙饋異步機組、異步機組等大型風電機組的全工 況仿真測試及評估技術，仿真實驗平臺，均屬空白。
發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一 種大型永磁直驅風力發(fā)電機組仿真測試系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn):大型永磁直驅風力發(fā)電機組仿真 測試系統(tǒng)，其特征在于，包括變頻調速器、拖動電動機、減速器、永磁發(fā)電機、并 網(wǎng)逆變器、機組控制器、與外部電網(wǎng)電連接的局域電網(wǎng)以及調測控制器，所述的變 頻調速器、拖動電動機、減速器、永磁發(fā)電機、并網(wǎng)逆變器以及局域電網(wǎng)依次電連 接，該局域電網(wǎng)還與機組控制器、變頻調速器電連接，所述的機組控制器與永磁發(fā) 電機、并網(wǎng)逆變器控制連接，所述的調測控制器與變頻調速器、拖動電動機、減速器、永磁發(fā)電機、并網(wǎng)逆變器、局域電網(wǎng)以及外部電網(wǎng)控制連接。
本發(fā)明還包括固定平臺，所述的變頻調速器、拖動電動機、減速器、永磁發(fā)電 機、并網(wǎng)逆變器、機組控制器、局域電網(wǎng)以及調測控制器均固定于固定平臺上。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明極大的促進了我國大型永磁風電機組的研制水平，大 大加快產(chǎn)品研發(fā)的速度以及對產(chǎn)品質量的判定水平；為大型永磁風電生產(chǎn)企業(yè)提供 了機組測試平臺，建立有效的產(chǎn)品質量控制手段；還可為國內質量認證和質量監(jiān)督 檢測部門提供對大型永磁風電機組性能測試和質量認證的方法和手段，能大大提高 大型永磁風電機組質量評價的一致性、科學性和公正性。
圖l為本發(fā)明的結構示意圖。
其中一"^表示能量流，——>、<"~^表示信息流。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
如圖1所示，大型永磁直驅風力發(fā)電機組仿真測試系統(tǒng)，包括變頻調速器l、 拖動電動機2、減速器3、永磁發(fā)電機4、并網(wǎng)逆變器5、機組控制器6、與外部電 網(wǎng)7電連接的局域電網(wǎng)8以及調測控制器9，所述的變頻調速器1、拖動電動機2、 減速器3、永磁發(fā)電機4、并網(wǎng)逆變器5以及局域電網(wǎng)8依次電連接，該局域電網(wǎng) 8還與機組控制器6、變頻調速器l電連接，所述的機組控制器6與永磁發(fā)電機4、 并網(wǎng)逆變器5控制連接，所述的調測控制器9與變頻調速器1、拖動電動機2、減 速器3、永磁發(fā)電機4、并網(wǎng)逆變器5、局域電網(wǎng)8以及外部電網(wǎng)7控制連接。
本發(fā)明還包括固定平臺10，所述的變頻調速器l、拖動電動機2、減速器3、 永磁發(fā)電機4、并網(wǎng)逆變器5、機組控制器6、局域電網(wǎng)8以及調測控制器9均固 定于固定平臺10上。
本發(fā)明的工作原理
本試驗平臺由大功率三相電源為動力源。由變頻調速器、拖動電動機、減速機， 永磁發(fā)電機、調測控制器、機組控制器、并網(wǎng)逆變器、各種傳感器和模擬負載等共 同組成。按圖1所示，固定在一個試驗平臺上。
能仿真永磁直驅風力發(fā)電機組風速3m/s 30m/范圍內的工作狀況，能夠進行全工況下各部件運行狀況的監(jiān)測分析、顯示和運行控制。
能夠仿真永磁直驅風力發(fā)電機組起動、并網(wǎng)發(fā)電、滿負荷運行、功率調節(jié)、超
載控制、切出脫網(wǎng)、剎車等全部工作過程。能測試機組全工況機械和電氣性能。 能夠仿真風況突變下的機組的機械和電氣性能。 能進行機組功率特性、溫升、各種保護功能等項目的測試。
風電機組全工況仿真應包括兩方面的內容，即風況、電網(wǎng)、氣候環(huán)境等外部條 件的仿真和全部工作狀態(tài)的仿真。
風況、電網(wǎng)、氣候環(huán)境等外部條件的仿真就是在試驗室里，人工創(chuàng)造與風電機 組工作所處的各種環(huán)境相同的高低溫、濕度等氣候環(huán)境條件；人工創(chuàng)造與風電機組 工作所處的電網(wǎng)條件相同的局域電網(wǎng)條件。這些條件可以利用高低溫可控試驗室和 局域電網(wǎng)進行模擬和仿真。
風電機組工作狀態(tài)仿真就是要在試驗室里人工創(chuàng)造與風電機組在野外實際工 作狀態(tài)基本相同的運行過程，以便能在試驗室里觀察到風電機組在野外實際工作的 工作狀態(tài)，測取到真實的技術參數(shù)。
我們在參考國內外同行的資料和總結我們的實踐經(jīng)驗的基礎上，設計出一種在 大型試驗室里使用的風電機組全工況仿真系統(tǒng)。
本風電機組全工況仿真系統(tǒng)的部件除風輪、塔架之外，其余所有部件直接采用 真實的風電機組的部件作為全工況仿真系統(tǒng)的部件。例如齒輪箱、發(fā)電機、機組控 制器、變流器、逆變器等部件都采用將要被測試的真實部件。
具體永磁直驅仿真試驗測試平臺的構成及工作原理，可參看圖1。
本實施例的構成
(1)變頻調速器(ABB)功率2000KW;
(2)拖動電動機功率2000KW;
(3)減速器(齒輪箱)功率2000KW;
(4)被測永磁發(fā)電機功率1000 1500KW;
(5)被測機組控制器功率1000 1500KW;
(6)被測并網(wǎng)逆變器功率1000 1500KW;
(7)調測控制器功率1500KW;
(8)局域電網(wǎng)功率2000KW;
(9)固定平臺
5這種系統(tǒng)除風輪氣動特性和塔架性能無法仿真外，可以非常真實地測試出風電 機組其他各部件的全工況機械和電氣性能技術參數(shù)，能驗證風電機組功率特性，能 考核部件間的匹配關系。
由于巨大的風輪無法照搬到試驗室內，而且除巨型風洞之外，也無法人工制造 大規(guī)模風能。利用風洞不單造價高，而且風洞除能測風輪的氣動特性之外，對于風 電機組其他部件的工作狀態(tài)、技術參數(shù)測試并不是不可缺少的。所以用巨型風洞仿 真是不現(xiàn)實的，也無必要。
通過分析，我們知道風輪的主要功能有兩個， 一是捕獲風能，將風的動能轉化 為機械能。二是以機械傳動的方式驅動發(fā)電機產(chǎn)生電能。
假如我們先只考慮風輪以械傳動的方式驅動發(fā)電機產(chǎn)生電能的功能，我們就可 以在試驗室設計出內具有大功率、大扭矩、低轉速的風輪模擬裝置，該風輪模擬裝 置可以利用將風輪轉速換算成風速的方式，真實地再現(xiàn)風輪的實際工作狀態(tài)，可以 滿足風電機組仿真測試的需要。
不論何種型式的風機，其風輪轉速都與風速有一個固有的函數(shù)關系，這一函數(shù) 關系在機組設計時就已確定。研究利用這一函數(shù)關系，以風輪轉速換算成風速的方
式，可建立起仿真風速在2m/s 30m/s范圍內，風力發(fā)電機組起動、并網(wǎng)發(fā)電、滿 負荷運行、功率調節(jié)、超載控制、脫網(wǎng)、剎車等全部工作過程的仿真系統(tǒng)。
如果我們再進一步按照風速、風輪轉速、風輪的風功率、風輪的輸出功率和風 輪軸功率之間的函數(shù)關系，對相關技術參數(shù)進行科學的計算，我們就能獲得非常真 實的風電機組功率特性技術參數(shù)。
風輪模擬裝置的設計及與其他部件的匹配問題是本課題的主要技術難點。建立 風輪模擬器是硬件建設的關鍵之一。
另外要建立環(huán)境條件和電網(wǎng)等外部條件仿真模型。需要充分研究分析我國風電 場的溫度、濕度，風速、電網(wǎng)等外部條件的情況。研究分析我國永磁風機各種典型 故障及故障處置仿真模型開發(fā)仿真軟件和仿真執(zhí)行機構。
同時本仿真測試系統(tǒng)是永磁主流機組的通用測試系統(tǒng)，還需解決更換不同測試
機組及部件的方式方法問題。 系統(tǒng)主要技術參數(shù)
今后幾年內，我國主流永磁機型的功率將以1 1.5MW為主，仿 真試驗平臺的功率為1.5MW就能基本滿足需要，所以計劃建設1.5MW全工況仿真試驗平臺1座，能滿足1500KW以下的永磁直驅機組、及部件的全工況機械和 電氣性能測試和評價，但塔架性能和風輪的空氣動力特性除外。
整機全工況機械和電氣性能測試要求，并可對電機、機組控制器、變流器、逆 變器等關鍵部件性能進行測試。
能在不同的環(huán)境條件和電網(wǎng)等外部條件下仿真風機的切入并網(wǎng)、切出脫網(wǎng)、正 常運行、超載、功率調解、保護、停機等所有功能和運行狀況，能測試機組全工況 機械和電氣性能。
本測試平臺具有可調節(jié)安裝固定系統(tǒng)，能安裝大小不同，軸中心高不同、直徑
不同的1.5MW以下大型并網(wǎng)風機機組的各部件。
本測試平臺具有溫度控制與調節(jié)能力，能分別對不同部件進行不同溫度下運行
與保護功能的測試；能利用風扇吹風測試電機等溫升狀況。
本測試平臺可仿真測試永磁風力機組整機及分別測試永磁發(fā)電機、并網(wǎng)逆變器 和機組控制器的工作特性。
本實施例的主要技術指標
吊裝能力 75噸
功率范圍可測1000 1500KW大型并網(wǎng)永磁風力機組
環(huán)境溫度可調控范圍一200C 400C
風輪轉速范圍0 30 r/min (模擬風速范圍2m/s-30m/s)
轉矩測量精度高于1%
可測量49次以下諧波
電流、電壓、功率因數(shù)測試精度596。
溫度測量精度±0.5°C
本實施例可以進行直接力矩測試，對被測電機的基座聯(lián)接處以專門的力傳感器 可直接測取力矩。對于功率、力矩、轉速、上網(wǎng)情況及功率因數(shù)等動態(tài)參數(shù)，勻可 直接測取。
本仿真測試系統(tǒng)是永磁主流機組的通用測試系統(tǒng)，設計了風輪模擬仿真機構。 這種風輪模擬仿真機構均具有大功率、大扭矩、低轉速的風輪模擬能力，可控轉速 范圍0 30r/min。該風輪模擬仿真機構可以利用將風輪轉速換算成風速的方式，真 實地再現(xiàn)風輪的實際工作狀態(tài)，可以滿足風電機組機械和電氣性能仿真測試需要。
永磁直驅機組風輪模擬仿真機構本風輪模擬仿真機構由矢量控制變頻調速器、異步電動機和風力發(fā)電機用的增 速齒輪箱組成。
本仿真機構利用矢量控制變頻調速器調控異步電動機驅動由風力發(fā)電機用的 增速齒輪箱改作減速用的齒輪箱，就可模擬永磁直驅機組的風輪動態(tài)輸入，解決了 永磁發(fā)電機低速運行的動力問題，創(chuàng)建起永磁直驅機組風輪模擬仿真機構。
環(huán)境可控試驗室和電力局域網(wǎng)解決環(huán)境條件和電網(wǎng)等外部條件仿真問題
通過建立室內溫度、濕度可調節(jié)試驗室，能建立環(huán)境條件仿真系統(tǒng)。通過建立 可調控電力局域網(wǎng)，能建立起電網(wǎng)條件仿真系統(tǒng)。
電力局域網(wǎng)能節(jié)約大量電力
建立專門用于仿真測試平臺的可調控電力局域網(wǎng)，不但可以免除大型用電器負 載變化對公共電網(wǎng)的沖擊，而且能將被測風力發(fā)電機組在試驗中產(chǎn)生的電能回饋到 局域網(wǎng)，又可以節(jié)約大量電力。
在測試系統(tǒng)中發(fā)電機的輸出功率可以準確測定，其轉速也可準確測定。其電磁 轉矩可計算，也可測得。這些測試數(shù)據(jù)如與設計值吻合，則判定發(fā)電機合格。
風輪設計時對風速、轉速和風能利用率都進行了合理安排，如果測出的轉速與 計算吻合，風輪設計正確。
風輪、發(fā)電機、機組控制器、并網(wǎng)逆變器的測試值均符合設計值，可判定被測 風力發(fā)電機組合格。
8
權利要求
1.大型永磁直驅風力發(fā)電機組仿真測試系統(tǒng)，其特征在于，包括變頻調速器、拖動電動機、減速器、永磁發(fā)電機、并網(wǎng)逆變器、機組控制器、與外部電網(wǎng)電連接的局域電網(wǎng)以及調測控制器，所述的變頻調速器、拖動電動機、減速器、永磁發(fā)電機、并網(wǎng)逆變器以及局域電網(wǎng)依次電連接，該局域電網(wǎng)還與機組控制器、變頻調速器電連接，所述的機組控制器與永磁發(fā)電機、并網(wǎng)逆變器控制連接，所述的調測控制器與變頻調速器、拖動電動機、減速器、永磁發(fā)電機、并網(wǎng)逆變器、局域電網(wǎng)以及外部電網(wǎng)控制連接。
2. 根據(jù)權利要求1所述的大型永磁直驅風力發(fā)電機組仿真測試系統(tǒng)，其特征 在于，還包括固定平臺，所述的變頻調速器、拖動電動機、減速器、永磁發(fā)電機、 并網(wǎng)逆變器、機組控制器、局域電網(wǎng)以及調測控制器均固定于固定平臺上。
全文摘要
本發(fā)明涉及大型永磁直驅風力發(fā)電機組仿真測試系統(tǒng)，包括變頻調速器、拖動電動機、減速器、永磁發(fā)電機、并網(wǎng)逆變器、機組控制器、與外部電網(wǎng)電連接的局域電網(wǎng)以及調測控制器，所述的變頻調速器、拖動電動機、減速器、永磁發(fā)電機、并網(wǎng)逆變器以及局域電網(wǎng)依次電連接，該局域電網(wǎng)還與機組控制器、變頻調速器電連接，所述的機組控制器與永磁發(fā)電機、并網(wǎng)逆變器控制連接，所述的調測控制器與變頻調速器、拖動電動機、減速器、永磁發(fā)電機、并網(wǎng)逆變器、局域電網(wǎng)以及外部電網(wǎng)控制連接。本發(fā)明極大的促進了我國大型風電機組的研制水平，大大加快產(chǎn)品研發(fā)的速度以及對產(chǎn)品質量的判定水平，大大提高大型風電機組質量評價的一致性、科學性和公正性。
文檔編號G01R31/34GK101685139SQ200810200679
公開日2010年3月31日 申請日期2008年9月27日 優(yōu)先權日2008年9月27日
發(fā)明者賈大江 申請人:上海萬德風力發(fā)電股份有限公司