本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的測(cè)試系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著世界范圍內(nèi)能源危機(jī)的爆發(fā)，核能發(fā)電的巨大危害性，風(fēng)能等可再生能源越來(lái)越受到更廣泛的關(guān)注，并得到廣泛的應(yīng)用，從而使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成為太陽(yáng)能利用的主要設(shè)備。變槳系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的核心設(shè)備，其性能直接影響到風(fēng)機(jī)的發(fā)電效率和機(jī)組的安全性。

在將變槳系統(tǒng)安裝于實(shí)際的風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行之前，有必要對(duì)變槳系統(tǒng)樣機(jī)的性能進(jìn)行測(cè)試。

目前，在變槳系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試的方法中，首先選定一種類型的機(jī)組，在相應(yīng)級(jí)別的實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，通過(guò)對(duì)變槳電機(jī)轉(zhuǎn)軸施加扭矩，模擬變槳過(guò)程中氣流對(duì)槳葉的氣動(dòng)載荷對(duì)變槳電機(jī)轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生的影響，使變槳系統(tǒng)運(yùn)行若干時(shí)間以對(duì)變槳系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。

但上述的測(cè)試方法中，只模擬了不同風(fēng)況下變槳過(guò)程中對(duì)變槳電機(jī)轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生的影響，沒(méi)有考慮到風(fēng)力載荷對(duì)變槳軸承產(chǎn)生的作用力對(duì)變槳軸承機(jī)械性能的影響，而變槳軸承的機(jī)械性能在變槳系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中起著重要的作用，因此，不能很好的反映變槳系統(tǒng)在實(shí)際風(fēng)況下的運(yùn)行情況。。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的測(cè)試系統(tǒng)，以滿足風(fēng)電機(jī)組對(duì)變槳系統(tǒng)性能的測(cè)試需要。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

1.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于：包括電網(wǎng)三相供電電源、主控制柜、電動(dòng)調(diào)壓器、變槳系統(tǒng)、加載系統(tǒng)及輪轂，所述主控制柜的控制器一路通過(guò)電動(dòng)調(diào)壓器連接變槳系統(tǒng)，變槳系統(tǒng)的變槳電機(jī)分別連接輪轂每個(gè)軸上的變槳減速箱Ⅰ；主控制柜的控制器另一路通過(guò)加載系統(tǒng)的加載電機(jī)分別連接輪轂每個(gè)軸上的另一個(gè)變槳減速箱Ⅱ，主控制柜的控制器還分別連接設(shè)置在輪轂上的振動(dòng)傳感器和扭矩傳感器；主控制柜、電動(dòng)調(diào)壓器和加載系統(tǒng)的加載驅(qū)動(dòng)器分別連接電網(wǎng)三相供電電源，通過(guò)主控制柜的控制器控制測(cè)試變槳系統(tǒng)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于：所述變槳系統(tǒng)包括變槳控制器、變槳驅(qū)動(dòng)器、變槳電機(jī)、超級(jí)電容和低壓器件；所述變槳控制器與變槳驅(qū)動(dòng)器之間通過(guò)以太網(wǎng)通訊連接形成變槳控制柜，用于向變槳驅(qū)動(dòng)器發(fā)送控制信號(hào)；變槳控制柜分別與超級(jí)電容和變槳電機(jī)連接，根據(jù)所述變槳控制器的控制信號(hào)調(diào)節(jié)接入的輸入電壓以輸出對(duì)變槳電機(jī)的控制信號(hào)；變槳電機(jī)與輪轂一側(cè)的變槳減速箱Ⅰ連接，低壓器件組成硬件控制回路；超級(jí)電容與變槳驅(qū)動(dòng)器的直流母線連接，在電網(wǎng)供電失敗的情況下，做為備用電源供變槳系統(tǒng)控制電機(jī)，使風(fēng)機(jī)葉片順槳至安全位置。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于：所述扭矩傳感器安裝于加載電機(jī)和變槳減速箱Ⅱ之間，振動(dòng)傳感器安裝于輪轂的變槳軸承，用于測(cè)量軸承的振動(dòng)情況，扭矩傳感器和振動(dòng)傳感器均連接主控制柜的控制器，用于數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于：所述加載系統(tǒng)包括加載驅(qū)動(dòng)器和三臺(tái)加載電機(jī)；加載驅(qū)動(dòng)器接收來(lái)自主控制柜內(nèi)控制器的信號(hào)，并與加載電機(jī)分別連接，用于執(zhí)行所述控制器的控制信號(hào)，同時(shí)對(duì)三臺(tái)加載電機(jī)輸出控制信號(hào)；三臺(tái)加載電機(jī)與輪轂每個(gè)軸的變槳減速箱Ⅱ分別連接，變槳減速箱Ⅱ輸出端齒輪與變槳軸承嚙合，驅(qū)動(dòng)變槳軸承，模擬葉片對(duì)變槳軸承施加載荷。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于：所述電動(dòng)調(diào)壓器和變槳系統(tǒng)間還設(shè)有主開(kāi)關(guān)，控制電動(dòng)調(diào)壓器調(diào)整加到負(fù)載上的電壓、電流和功率。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于：所述輪轂包括輪轂主體、3個(gè)變槳軸承和6臺(tái)變槳減速箱，其中主體上開(kāi)有兩個(gè)變槳減速箱的安裝孔，一個(gè)作為變槳軸承的驅(qū)動(dòng)端，另一個(gè)作為變槳軸承的負(fù)載端，兩安裝孔內(nèi)分別安裝單軸上的兩個(gè)變槳減速箱，兩個(gè)變槳減速箱分別連接變槳電機(jī)和加載電機(jī)，連接加載電機(jī)的變槳減速箱上連接扭矩傳感器，輪轂的變槳軸承上安裝振動(dòng)傳感器。

7.如權(quán)利要求1所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的測(cè)試系統(tǒng)的評(píng)估方法，其特征在于：包括如下步驟：

(1)主控制柜采集數(shù)據(jù)：包括變槳電機(jī)速度和位置的給定與反饋、超級(jí)電容的電壓反饋、扭矩傳感器的轉(zhuǎn)矩反饋、主開(kāi)關(guān)動(dòng)作反饋；

(2)所述變槳電機(jī)位置的給定包括方波信號(hào)和正弦波信號(hào)運(yùn)行工況，其中，方波信號(hào)運(yùn)行工況包括風(fēng)機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)位置從0°到90°，再?gòu)?0°到0°兩種，并以最大變槳速度運(yùn)行至位置給定；正弦波信號(hào)運(yùn)行工況是幅值20°，周期20s的正弦波，以幅值為最大速度，周期20s的正弦波速度給定運(yùn)行；

(3)在上述第(2)步驟中3種運(yùn)行工況中，在加載系統(tǒng)輸出扭矩為變槳電機(jī)額定數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)主控制柜分別控制主開(kāi)關(guān)進(jìn)行兩相跌落和三相跌落，時(shí)間為3s；

(4)通過(guò)控制柜內(nèi)的控制器記錄采集到的數(shù)據(jù)和波形，方波信號(hào)情況下，變槳電機(jī)位置反饋為線性，并以設(shè)定最大速度運(yùn)行；正弦波信號(hào)情況下，電機(jī)位置反饋為正弦波，延時(shí)300ms以內(nèi)，電機(jī)速度反饋為正弦波，延時(shí)300ms以內(nèi)；

(5)方波信號(hào)時(shí)，電網(wǎng)三相跌落時(shí)間大于一次順槳過(guò)程，通過(guò)超級(jí)電容供電變槳電機(jī)以最大速度運(yùn)行，測(cè)試滿載情況下是否滿足大于1次順槳?jiǎng)幼鳎蛔儤到y(tǒng)的變槳驅(qū)動(dòng)器直流母線電壓即超級(jí)電容電壓應(yīng)大于直流母線關(guān)斷電壓，即測(cè)試超級(jí)電容是否滿足設(shè)計(jì)要求；

(6)以扭矩傳感器的轉(zhuǎn)矩反饋值作為負(fù)載值，驗(yàn)證在滿載的情況下變槳電機(jī)的運(yùn)行特性。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明通過(guò)模擬變槳軸承和變槳電機(jī)的轉(zhuǎn)軸實(shí)際的運(yùn)行情況下承受的力矩和載荷，接近真實(shí)工況。并且變槳控制系統(tǒng)是一套真實(shí)的系統(tǒng)，進(jìn)而變槳控制系統(tǒng)在電網(wǎng)供電和超級(jí)電容供電的情況下，可以真實(shí)的反應(yīng)出變槳系統(tǒng)所受載荷情況、過(guò)載能力、低電壓穿越和高電壓穿越能力，可以完全反應(yīng)變槳系統(tǒng)的所有性能，滿足對(duì)變槳系統(tǒng)的性能測(cè)試需求。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1.主控制柜，2.電動(dòng)調(diào)壓器，3.變槳系統(tǒng)，4.供電電源，5.加載系統(tǒng)，6.電容，7.變槳電機(jī)，8.變槳控制柜，9.輪轂，10.扭矩傳感器，11.振動(dòng)傳感器，12.加載電機(jī)，13.加載驅(qū)動(dòng)器,14.變槳減速箱Ⅰ安裝孔，15.變槳減速箱Ⅱ安裝孔，16.主開(kāi)關(guān)。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。

實(shí)施例：如圖1所示,本發(fā)明一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的測(cè)試系統(tǒng)，包括電網(wǎng)三相供電電源4、主控制柜1、電動(dòng)調(diào)壓器2、變槳系統(tǒng)3、加載系統(tǒng)5及輪轂9，所述主控制柜1的控制器一路通過(guò)電動(dòng)調(diào)壓器2連接變槳系統(tǒng)3，變槳系統(tǒng)3的變槳電機(jī)7分別連接輪轂9每個(gè)軸上的變槳減速箱Ⅰ；主控制柜1的控制器另一路通過(guò)加載系統(tǒng)3的加載電機(jī)7分別連接輪轂9每個(gè)軸上的另一個(gè)變槳減速箱Ⅱ，主控制柜1的控制器還分別連接設(shè)置在輪轂9上的振動(dòng)傳感器11和扭矩傳感器10；主控制柜1、電動(dòng)調(diào)壓器2和加載系統(tǒng)3的加載驅(qū)動(dòng)器13分別連接電網(wǎng)三相供電電源4，通過(guò)主控制柜1的控制器控制測(cè)試變槳系統(tǒng)。變槳減速箱Ⅰ和變槳減速箱Ⅱ分別安裝在輪轂9的變槳減速箱Ⅰ安裝孔和變槳減速箱Ⅱ安裝孔內(nèi)。

所述變槳系統(tǒng)3包括變槳控制器(PLC)、變槳驅(qū)動(dòng)器、變槳電機(jī)7、超級(jí)電容6和低壓器件；所述變槳控制器與變槳驅(qū)動(dòng)器之間通過(guò)以太網(wǎng)通訊連接組成變槳控制柜8，用于向變槳驅(qū)動(dòng)器發(fā)送控制信號(hào)；變槳控制柜8分別與超級(jí)電容6和變槳電機(jī)7連接，根據(jù)所述變槳控制器的控制信號(hào)調(diào)節(jié)接入的輸入電壓以輸出對(duì)變槳電機(jī)7的控制信號(hào)；變槳電機(jī)7與輪轂3一側(cè)的變槳減速箱Ⅰ連接，低壓器件包括斷路器、接觸器、繼電器、開(kāi)關(guān)電源及充電器，低壓器件組成硬件控制回路；超級(jí)電容6與變槳驅(qū)動(dòng)器的直流母線連接，在電網(wǎng)供電失敗的情況下，做為備用電源供變槳系統(tǒng)控制電機(jī)，使風(fēng)機(jī)葉片順槳至安全位置。

其中，PLC控制器接收主控制柜1的指令，并且將變槳系統(tǒng)的所有信息上傳至主控制柜1，變槳控制柜8內(nèi)的其他低壓器件組成變槳系統(tǒng)的硬件控制電路，用于驅(qū)動(dòng)變槳電機(jī)7。變槳電機(jī)7執(zhí)行驅(qū)動(dòng)器的控制命令，并與變槳減速箱連接，驅(qū)動(dòng)變槳軸承轉(zhuǎn)動(dòng)葉片。

超級(jí)電容6作為變槳系統(tǒng)的備用電源，在電網(wǎng)故障時(shí)為變槳系統(tǒng)提供能量，其具有較好的充、放電性能，并且電壓變化呈線性。

所述扭矩傳感器10安裝于加載電機(jī)12和變槳減速箱Ⅱ之間，振動(dòng)傳感器11安裝于輪轂9的變槳軸承上，用于測(cè)量軸承的振動(dòng)情況，扭矩傳感器10和振動(dòng)傳感器11均連接主控制柜1的控制器，用于數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析。

所述加載系統(tǒng)3包括加載驅(qū)動(dòng)器13和三臺(tái)加載電機(jī)12；加載驅(qū)動(dòng)器13接收來(lái)自主控制柜1內(nèi)控制器的信號(hào)，并與加載電機(jī)12分別連接，用于執(zhí)行所述控制器的控制信號(hào)，同時(shí)對(duì)三臺(tái)加載電機(jī)12輸出控制信號(hào)；三臺(tái)加載電機(jī)12與輪轂9每個(gè)軸的變槳減速箱Ⅱ分別連接，變槳減速箱Ⅱ輸出端齒輪與變槳軸承嚙合，驅(qū)動(dòng)變槳軸承，模擬葉片對(duì)變槳軸承施加載荷。

加載驅(qū)動(dòng)器13接收主控制柜1的加載命令，該指令可以是恒定的轉(zhuǎn)矩，也可以是實(shí)時(shí)變化的轉(zhuǎn)矩，同時(shí)驅(qū)動(dòng)加載電機(jī)12，模擬葉片施加給變槳軸承的載荷。

所述電動(dòng)調(diào)壓器2，與主控制柜1中的控制器連接，受控于控制器輸出的模擬量信號(hào)，進(jìn)而調(diào)節(jié)調(diào)壓器的輸出電壓，模擬電網(wǎng)各種工況。在所述電動(dòng)調(diào)壓器和變槳系統(tǒng)間還設(shè)有主開(kāi)關(guān)，為可獨(dú)立控制三相電的接觸器，通過(guò)控制柜1的控制命令，分別斷開(kāi)電網(wǎng)一相、兩相和三相，并控制電動(dòng)調(diào)壓器2調(diào)整加到負(fù)載上的輸出電壓、電流和功率。

所述輪轂9包括輪轂主體、3個(gè)變槳軸承和6臺(tái)減速箱，輪轂主體上安裝3個(gè)變槳軸承，每個(gè)軸上分別安裝2臺(tái)減速箱，減速箱輸出端均與變槳軸承嚙合；其中輪轂主體上開(kāi)有兩個(gè)變槳減速箱的安裝孔，一個(gè)作為變槳軸承的驅(qū)動(dòng)端，另一個(gè)作為變槳軸承的負(fù)載端，兩安裝孔內(nèi)分別安裝單軸上的兩個(gè)變槳減速箱，兩個(gè)變槳減速箱分別連接變槳電機(jī)和加載電機(jī)，連接加載電機(jī)的變槳減速箱Ⅱ15上連接扭矩傳感器10，用于測(cè)量加載系統(tǒng)施加的扭矩；輪轂9的變槳軸承上安裝振動(dòng)傳感器11，用于測(cè)量加載過(guò)程中變槳軸承的振動(dòng)情況。

如圖1所示，主控制柜1內(nèi)包括控制器、開(kāi)關(guān)電源、斷路器、接觸器和繼電器；所述控制器，用于控制供變槳系統(tǒng)的動(dòng)力電、變槳系統(tǒng)3給定信號(hào)、變槳系統(tǒng)3反饋信號(hào)、加載系統(tǒng)5的輸出、電動(dòng)調(diào)壓器2的輸出、接收扭矩傳感器10和振動(dòng)傳感器11的數(shù)據(jù)；其中，分別控制動(dòng)力電斷單項(xiàng)、兩相和三相，時(shí)間可根據(jù)要求進(jìn)行設(shè)定；可以模擬主控系統(tǒng)給變槳系統(tǒng)信號(hào)，包括位置、速度、啟動(dòng)、停止等命令信號(hào)；可以控制加載系統(tǒng)5的輸出扭矩，模擬風(fēng)機(jī)葉片的載荷；可以通過(guò)控制電動(dòng)調(diào)壓器2控制變槳系統(tǒng)3的動(dòng)力電電壓，模擬高電壓穿越和低電壓穿越；可以接收傳感器數(shù)據(jù)，對(duì)變槳軸承進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與計(jì)算。

所述開(kāi)關(guān)電源、斷路器、接觸器和繼電器等低壓器件組成控制電路硬件回路.

本發(fā)明可以測(cè)試變槳系統(tǒng)3在不同加載工況和不同電網(wǎng)工況下，不同的控制柜1中控制器指令下的運(yùn)行情況，評(píng)估變槳系統(tǒng)3的性能，即其安全性和可靠性。

本發(fā)明測(cè)試系統(tǒng)的評(píng)估方法，包括如下步驟：

(1)主控制柜采集數(shù)據(jù)：包括變槳電機(jī)速度和位置的給定與反饋、超級(jí)電容的電壓反饋、扭矩傳感器的轉(zhuǎn)矩反饋、主開(kāi)關(guān)動(dòng)作反饋；

(2)所述變槳電機(jī)位置的給定包括方波信號(hào)和正弦波信號(hào)運(yùn)行工況，其中，方波信號(hào)運(yùn)行工況包括風(fēng)機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)位置從0°到90°，再?gòu)?0°到0°兩種，并以最大變槳速度運(yùn)行的位置給定；正弦波信號(hào)運(yùn)行工況是幅值20°，周期20s的正弦波，以幅值為最大速度，周期20s的正弦波速度給定運(yùn)行；

(3)在上述第(2)步驟中3種運(yùn)行工況中，在加載系統(tǒng)輸出扭矩為變槳電機(jī)額定數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)主控制柜分別控制主開(kāi)關(guān)進(jìn)行兩相跌落和三相跌落，時(shí)間為3s；

(4)通過(guò)控制柜內(nèi)的控制器記錄采集到的數(shù)據(jù)和波形，方波信號(hào)情況下，變槳電機(jī)位置反饋為線性，并以設(shè)定最大速度運(yùn)行；正弦波信號(hào)情況下，電機(jī)位置反饋為正弦波，延時(shí)300ms以內(nèi)，電機(jī)速度反饋為正弦波，延時(shí)300ms以內(nèi)；

(5)方波信號(hào)時(shí)，電網(wǎng)三相跌落時(shí)間大于一次順槳過(guò)程，通過(guò)超級(jí)電容供電變槳電機(jī)以最大速度運(yùn)行，測(cè)試滿載情況下是否滿足大于1次順槳?jiǎng)幼?；變槳系統(tǒng)的變槳驅(qū)動(dòng)器直流母線電壓即超級(jí)電容電壓應(yīng)大于直流母線關(guān)斷電壓，即測(cè)試超級(jí)電容是否滿足設(shè)計(jì)要求；

(6)以扭矩傳感器的轉(zhuǎn)矩反饋值作為負(fù)載值，驗(yàn)證在滿載的情況下變槳電機(jī)的運(yùn)行特性，其反饋值的均值應(yīng)接近變槳電機(jī)的額定扭矩，當(dāng)電機(jī)換向時(shí)扭矩值會(huì)有波動(dòng)。