專利名稱：大型永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組仿真測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)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(qū)風(fēng)力發(fā)電 機組仿真測試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)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(qū)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(zhǔn)確程度和風(fēng)力發(fā)電機全轉(zhuǎn) 速情況下的仿真還是有缺點的，不能準(zhǔn)確反應(yīng)機組全工況。
由于大型風(fēng)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(shè)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(fēng)電機 組整機質(zhì)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(yán)重不足。
目前國內(nèi)包擴永磁直驅(qū)機組、雙饋異步機組、異步機組等大型風(fēng)電機組的全工 況仿真測試及評估技術(shù)，仿真實驗平臺，均屬空白。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一 種大型永磁直驅(qū)風(fēng)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(shù)方案來實現(xiàn):大型永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組仿真 測試系統(tǒng)，其特征在于，包括變頻調(diào)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(diào)測控制器，所述的變 頻調(diào)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(diào)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(diào)測控制器與變頻調(diào)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(diào)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(diào)測控制器均固定于固定平臺上。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明極大的促進了我國大型永磁風(fēng)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(zhì)量的判定水平；為大型永磁風(fēng)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(zhì)量控制手段；還可為國內(nèi)質(zhì)量認(rèn)證和質(zhì)量監(jiān)督 檢測部門提供對大型永磁風(fēng)電機組性能測試和質(zhì)量認(rèn)證的方法和手段，能大大提高 大型永磁風(fēng)電機組質(zhì)量評價的一致性、科學(xué)性和公正性。


圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)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(jié)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(qū)風(fēng)力發(fā)電機組仿真測試系統(tǒng)，包括變頻調(diào)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(diào)測控制器9，所述的變頻調(diào)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(diào)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(diào)測控制器9與變頻調(diào)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(diào)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(diào)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(diào)速器、拖動電動機、減速機， 永磁發(fā)電機、調(diào)測控制器、機組控制器、并網(wǎng)逆變器、各種傳感器和模擬負(fù)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(qū)風(fēng)力發(fā)電機組風(fēng)速3m/s 30m/范圍內(nèi)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(qū)風(fēng)力發(fā)電機組起動、并網(wǎng)發(fā)電、滿負(fù)荷運行、功率調(diào)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(fēng)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(fēng)電機組全工況仿真應(yīng)包括兩方面的內(nèi)容，即風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)電機組在野外實際工作的 工作狀態(tài)，測取到真實的技術(shù)參數(shù)。
我們在參考國內(nèi)外同行的資料和總結(jié)我們的實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，設(shè)計出一種在 大型試驗室里使用的風(fēng)電機組全工況仿真系統(tǒng)。
本風(fēng)電機組全工況仿真系統(tǒng)的部件除風(fēng)輪、塔架之外，其余所有部件直接采用 真實的風(fēng)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(qū)仿真試驗測試平臺的構(gòu)成及工作原理，可參看圖1。
本實施例的構(gòu)成
(1)變頻調(diào)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(diào)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(fēng)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(fēng)電 機組其他各部件的全工況機械和電氣性能技術(shù)參數(shù)，能驗證風(fēng)電機組功率特性，能 考核部件間的匹配關(guān)系。
由于巨大的風(fēng)輪無法照搬到試驗室內(nèi)，而且除巨型風(fēng)洞之外，也無法人工制造 大規(guī)模風(fēng)能。利用風(fēng)洞不單造價高，而且風(fēng)洞除能測風(fēng)輪的氣動特性之外，對于風(fēng) 電機組其他部件的工作狀態(tài)、技術(shù)參數(shù)測試并不是不可缺少的。所以用巨型風(fēng)洞仿 真是不現(xiàn)實的，也無必要。
通過分析，我們知道風(fēng)輪的主要功能有兩個， 一是捕獲風(fēng)能，將風(fēng)的動能轉(zhuǎn)化 為機械能。二是以機械傳動的方式驅(qū)動發(fā)電機產(chǎn)生電能。
假如我們先只考慮風(fēng)輪以械傳動的方式驅(qū)動發(fā)電機產(chǎn)生電能的功能，我們就可 以在試驗室設(shè)計出內(nèi)具有大功率、大扭矩、低轉(zhuǎn)速的風(fēng)輪模擬裝置，該風(fēng)輪模擬裝 置可以利用將風(fēng)輪轉(zhuǎn)速換算成風(fēng)速的方式，真實地再現(xiàn)風(fēng)輪的實際工作狀態(tài)，可以 滿足風(fēng)電機組仿真測試的需要。
不論何種型式的風(fēng)機，其風(fēng)輪轉(zhuǎn)速都與風(fēng)速有一個固有的函數(shù)關(guān)系，這一函數(shù) 關(guān)系在機組設(shè)計時就已確定。研究利用這一函數(shù)關(guān)系，以風(fēng)輪轉(zhuǎn)速換算成風(fēng)速的方
式，可建立起仿真風(fēng)速在2m/s 30m/s范圍內(nèi)，風(fēng)力發(fā)電機組起動、并網(wǎng)發(fā)電、滿 負(fù)荷運行、功率調(diào)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(fēng)速、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、風(fēng)輪的風(fēng)功率、風(fēng)輪的輸出功率和風(fēng) 輪軸功率之間的函數(shù)關(guān)系，對相關(guān)技術(shù)參數(shù)進行科學(xué)的計算，我們就能獲得非常真 實的風(fēng)電機組功率特性技術(shù)參數(shù)。
風(fēng)輪模擬裝置的設(shè)計及與其他部件的匹配問題是本課題的主要技術(shù)難點。建立 風(fēng)輪模擬器是硬件建設(shè)的關(guān)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(fēng)電 場的溫度、濕度，風(fēng)速、電網(wǎng)等外部條件的情況。研究分析我國永磁風(fēng)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(gòu)。
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(shù)參數(shù)
今后幾年內(nèi)，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(shè)1.5MW全工況仿真試驗平臺1座，能滿足1500KW以下的永磁直驅(qū)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(fēng)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(guān)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(fēng)機的切入并網(wǎng)、切出脫網(wǎng)、正 常運行、超載、功率調(diào)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(diào)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(fēng)機機組的各部件。
本測試平臺具有溫度控制與調(diào)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(fēng)扇吹風(fēng)測試電機等溫升狀況。
本測試平臺可仿真測試永磁風(fēng)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(shù)指標(biāo)
吊裝能力 75噸
功率范圍可測1000 1500KW大型并網(wǎng)永磁風(fēng)力機組
環(huán)境溫度可調(diào)控范圍一200C 400C
風(fēng)輪轉(zhuǎn)速范圍0 30 r/min (模擬風(fēng)速范圍2m/s-30m/s)
轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shè)計了風(fēng)輪模擬仿真機構(gòu)。 這種風(fēng)輪模擬仿真機構(gòu)均具有大功率、大扭矩、低轉(zhuǎn)速的風(fēng)輪模擬能力，可控轉(zhuǎn)速 范圍0 30r/min。該風(fēng)輪模擬仿真機構(gòu)可以利用將風(fēng)輪轉(zhuǎn)速換算成風(fēng)速的方式，真 實地再現(xiàn)風(fēng)輪的實際工作狀態(tài)，可以滿足風(fēng)電機組機械和電氣性能仿真測試需要。
永磁直驅(qū)機組風(fēng)輪模擬仿真機構(gòu)本風(fēng)輪模擬仿真機構(gòu)由矢量控制變頻調(diào)速器、異步電動機和風(fēng)力發(fā)電機用的增 速齒輪箱組成。
本仿真機構(gòu)利用矢量控制變頻調(diào)速器調(diào)控異步電動機驅(qū)動由風(fēng)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(qū)機組的風(fēng)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(qū)機組風(fēng)輪模擬仿真機構(gòu)。
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(nèi)溫度、濕度可調(diào)節(jié)試驗室，能建立環(huán)境條件仿真系統(tǒng)。通過建立 可調(diào)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(diào)控電力局域網(wǎng)，不但可以免除大型用電器負(fù) 載變化對公共電網(wǎng)的沖擊，而且能將被測風(fēng)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(zhǔn)確測定，其轉(zhuǎn)速也可準(zhǔn)確測定。其電磁 轉(zhuǎn)矩可計算，也可測得。這些測試數(shù)據(jù)如與設(shè)計值吻合，則判定發(fā)電機合格。
風(fēng)輪設(shè)計時對風(fēng)速、轉(zhuǎn)速和風(fēng)能利用率都進行了合理安排，如果測出的轉(zhuǎn)速與 計算吻合，風(fēng)輪設(shè)計正確。
風(fēng)輪、發(fā)電機、機組控制器、并網(wǎng)逆變器的測試值均符合設(shè)計值，可判定被測 風(fēng)力發(fā)電機組合格。
8
權(quán)利要求
1.大型永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組仿真測試系統(tǒng)，其特征在于，包括變頻調(diào)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(diào)測控制器，所述的變頻調(diào)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(diào)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(diào)測控制器與變頻調(diào)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(quán)利要求1所述的大型永磁直驅(qū)風(fēng)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(diào)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(diào)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(qū)風(fēng)力發(fā)電機組仿真測試系統(tǒng)，包括變頻調(diào)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(diào)測控制器，所述的變頻調(diào)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(diào)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(diào)測控制器與變頻調(diào)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(fēng)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(zhì)量的判定水平，大大提高大型風(fēng)電機組質(zhì)量評價的一致性、科學(xué)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(quán)日2008年9月27日
發(fā)明者賈大江 申請人:上海萬德風(fēng)力發(fā)電股份有限公司