专利名称：风力发电机试验台的制作方法
技术领域：
本发明属于测试技术领域，具体涉及一种风力发电机试验台，用于风力发电机出厂检验的性能测试。
背景技术：
近年来，风力发电在国家政策的扶持下高速发展，但随着风电装机容量的不断增力口，风电在电力系统中的地位发生了转变。风电装机容量较小时，它的运行对系统稳定性的影响可以不予考虑；当风电装机容量越来越大，在系统中所占比例逐年增加时，它的运行对系统稳定性的影响将变得不容忽视。为了保证电力系统的安全稳定运行，欧洲、北美及澳大利亚的一些电力协会或电网公司都制定了风机并网的技术导则，其中对并网风机的LVRT低电压穿越能力提出了严格的规定，在我国，相应的国标也在报批之中。我国目前生产的双馈风力发电机，由于发电机定子与电网直接相连，当电网电压跌落对将导致转子侧过压和过电流。虽然变流器有撬棒保护电路(无源crowbar)，但只是一种电压跌落发生时对变流器自身的保护措施，它动作之后必须停机，不能实现低电压穿越。国家电网的低电压穿越标准(LVRT)强制实施后，我国的风电产品将不能满足该标准的要求，因此，我国的风力发电机制造商竞相研发用于风力发电机的低电压穿越装置， 目前已有多款产品问世，这些产品是否真正具备低电压穿越能力，还需进行严格的出厂检验。显然，该实验需将低电压穿越装置装入机组，进行整机实验，但是，现有的试验设备还不能模拟电网故障，无法进行机组低电压穿越性能试验。另外，风力发电机的使用环境差异很大，在高纬度地区的高原风场，夏季高温，冬季高寒，昼夜温差大，终年少雨，空气干燥，低纬度地区的海滩风场，终年高温高湿。而风电产品出厂检验时，性能试验是在室内进行的，没有考虑温湿度影响，与产品的实际使用环境差异很大。

发明内容
本发明的目的，是提供一种风力发电机全功能、全工况试验台，该试验台不仅可以测试发电机的性能，也可测试变流器的性能，尤其能够测试风力发电机的低电压穿越性能， 并可测试各种特定工况下的性能。本发明技术方案如下
一种风力发电机试验台，包括
-温湿度控制箱，用于放置试验对象，模拟实验对象的温度湿度环境； -发电机及其变流器，用于发电，并将发出的电流变为工频交流电流； -有载调压变压器，其初级连接变流器的输出端，次级连接电网，用于将输出电压调整至并网电压；
-拖动电动机，通过联轴器与发电机连接，用于替代风轮，作为发电机的原动机，驱动发
3电机发电；
-拖动电动机变频器，用于调整拖动电动机的转速，使拖动电动机可模拟风轮转速； -IOKv环网，用于接受发电机发出的电能，并向拖动电动机供电； -降压变压器，连接在IOKv环网与拖动电动机之间，用于将IOKv环网电压降至拖动电动机的额定电压；
-电网故障模拟装置，连接IOKv环网，用于模拟电网故障； -中央控制台，用于控制试验过程，检测试验数据； 在上述结构中，试验对象是发电机/和变流器。所述电网故障模拟装置包括电网电压跌落模拟单元、电网电压波动模拟单元、电网频率偏移模拟单元、电网电压偏差模拟单元、电网电压三相不平衡模拟单元及电网谐波模拟单元。所述中央控制台包括控制器、通讯控制模块、采集卡、计算机；所述通讯控制模块包括电网故障模拟装置通讯控制模块、有载调压变压器远程调压监控模块、高低温箱控制模块、拖动电机变频器监控模块、拖动电机监控模块、开关柜远程监控模块、发电机监控模块及变流器监控模块；所述采集卡包括模拟量采集卡、数字量采集卡和SOE采集卡。所述发电机是直驱同步发电机或双馈感应发电机。本发明的技术效果如下
试验台成功的对风力发电机进行了全功能测试，可模拟各种电网故障及环境变化，验证了风力发电机稳态运行及应对环境变化和电网故障的能力，尤其是低电压穿越的能力， 保证了风力发电机发电机在电厂的稳定运行。与其他风力发电机试验台相比，本试验台应用范围广，既可单独测试风力发电用变流器或发电机，也可以对整个风力发电机组进行试验。不但可以进行风力发电机的稳态全功率测试，还可以在测试时模拟环境温度、湿度变化、风力大小变化以及各种电网故障，以达到全面全功能测试风力发电机的目的。


图1为试验台的电气系统结构图； 图2为中央控制台的监控结构框图； 图3为试验台工作流程图4为电网故障模拟装置工作流程图； 图5为中央控制台的硬件结构图； 图6为拖动电机启动流程图； 图7为试验台控制逻辑图。
具体实施例方式参见图1和图2，本发明是一种风力发电机试验台，本试验台可模拟风力发电机在风场运行时遇到的各种工况，从而达到在变流器出厂前对其进行全功能全工况测试的目的，保证了变流器在风场运行的可靠性。该风力发电机试验台，包括
-温湿度控制箱，用于放置试验对象，模拟实验对象的温度湿度环境；-发电机及其变流器，用于发电，并将发出的电流变为工频交流电流； -有载调压变压器，其初级连接变流器的输出端，次级连接电网，用于将输出电压调整至并网电压；
-拖动电动机，通过联轴器与发电机连接，用于替代风轮，作为发电机的原动机，驱动发电机发电；
-拖动电动机变频器，用于调整拖动电动机的转速，使拖动电动机可模拟风轮转速； -IOKv环网，用于接受发电机发出的电能，并向拖动电动机供电； -降压变压器，连接在IOKv环网与拖动电动机之间，用于将IOKv环网电压降至拖动电动机的额定电压；
-电网故障模拟装置，连接IOKv环网，用于模拟电网故障； -中央控制台，用于控制试验过程，检测试验数据； 在上述结构中，试验对象是发电机/和变流器。中央控制台的工作原理是模拟量采集卡、数字量采集卡、SOE采集卡和通讯控制模块接收上述设备的实时信号、通过内部计算单元计算并产生上述设备的控制信号，并将该控制信号返回到上述设备。中央控制台由控制器、通讯控制模块、采集卡、计算机组成。通讯控制模块包括电网故障模拟装置通讯控制模块、有载调压变压器远程调压监控模块、温湿度控制箱控制模块、拖动电机变频器监控模块、拖动电机监控模块、开关柜远程监控模块、发电机监控模块及变流器监控模块；所述采集卡包括模拟量采集卡、数字量采集卡和SOE采集卡。拖动电机变频器监控模块控制拖动电机变流器对拖动电机启动、 停止和转速进行调节。电网故障模拟装置通讯控制模块控制电网故障模拟装置模拟电网各种工况，来进行各种电网故障模拟试验。发电机监控模块及变流器监控模块控制待测变流器和发电机，进行各种试验。温湿度控制箱控制模块控制温湿度控制箱，进行环境温度和湿度调节。有载调压变压器远程调压监控模块控制有载调压变压器，进行电网电压的变化。开关柜远程监控模块控制电气系统中的各个开关柜，进行合闸、分闸及跳闸动作。中央控制台远程监视电网故障模拟设备的数据包括电网故障模拟设备进线电压及电流、电网故障模拟设备输出电压及电流、电网故障模拟设备输入及输出功率、电网故障模拟设备直流母线电压、电网故障模拟设备工作温度、电网模拟设备工作模式、电网故障模拟设备的工作状态、电网故障模拟装置的输出电压谐波含量、电网故障模拟装置的输出电压波动幅度百分比、电网故障模拟装置的电压输出频率、电网故障模拟装置的输出三相电压偏差、电网故障模拟装置的输出电压电流波形、电网故障模拟装置的故障字和报警字。中央控制台远程监视变压器的数据包括变压器输入电压电流、变压器输出电压电流、变压器三相绕组温度、变压器工作环境温度、变压器有载调压档位。中央控制台远程监视拖动电机数据包括拖动电机转速、拖动电机转子电压、拖动电机转子电流、拖动电机转子绕组温度、拖动电机定子电压、拖动电机定子电流、拖动电机定子绕组温度、拖动电机扭矩、拖动电机轴伸端温度、拖动电机非轴伸端温度、拖动电机振动频率幅度。中央控制台远程监视发电机数据包括发电机转速、发电机转子电压、发电机转子电流、发电机转子绕组温度、发电机定子电压、发电机定子电流、发电机输出功率、发电机定子绕组温度、发电机扭矩、发电机轴伸端温度、发电机非轴伸端温度、发电机振动频率幅度。
中央控制台远程监视拖动电机变频器数据包括拖动电机变频器进线电压电流、 拖动电机变频器输出电压电流、拖动电机变频器工作温度、拖动电机变频器直流母线电压、 拖动电机变频器工作状态、拖动电机变频器工作模式、拖动电机变频器输出力矩、拖动变频器故障字、拖动变频器报警字。中央控制台远程监视高低温箱数据包括高低温箱实时功率、高低温箱内部温度、 高低温箱内部湿度、高低温箱工作状态、高低温箱工作模式、高低温箱故障字、高低温箱报目卞。中央控制台远程监视待测变流器数据包括待测变流器输入电压、待测变流器输入电流、待测变流器输出电压、待测变流器输出电流、待测变流器输入功率、待测变流器输出功率、待测变流器输入电压波形、待测变流器输入电流波形、待测变流器输出电压波形、 待测变流器输出电流波形、待测变流器直流母线电压、待测变流器工作模式、待测变流器エ 作温度、待测变流器故障字、待测变流器报警字。中央控制台远程监视开关柜数据包括开关柜合分闸状态、开关柜报警字、开关柜
故障字。中央控制台远程控制的设备包括电网故障模拟设备、变压器、拖动电机及变频器、发电机、待测变流器、高低温箱和开关柜。中央控制台远程控制电网故障模拟设备的数据包括电网故障模拟设备启动、电网故障模拟设备停机、电网故障模拟设备紧急停机、电网故障模拟设备输出电压幅值、电网故障模拟设备输出电压波动幅值、电网故障模拟设备输出电压频率、电网故障模拟设备输出电压三相不平衡度、电网故障模拟设备输出电压谐波含量、电网故障模拟设备输出电压跌落百分比、电网故障模拟设备输出电压跌落时间、电网故障模拟设备输出电压恢复时间、 电网故障模拟设备输出电压跌落持续时间、电网故障模拟设备输出电压跌落深度、电网故障模拟设备输出电压恢复深度。中央控制台远程控制变压器的数据包括有载调压器变压器输出电压。中央控制台远程控制拖动电机变频器和拖动电机的数据包括拖动电机变频器启动、拖动变频器停止、拖动变频器急停、拖动变频器输出电压幅值、拖动变频器输出功率、拖动电机转速、拖动电机启动、拖动电机停机、拖动电机紧急停机。中央控制台远程控制待测变流器和发电机的数据包括待测变流器输出电压幅值、待测变流器输出电压频率、待测变流器输出电流、待测变流器直流母线电压、待测变流器输出功率、待测变流器启动、待测变流器停机、待测变流器紧急停机、发电机输出功率。
中央控制台远程控制高低温箱的数据包括高低温箱内部温度、高低温箱内部湿度、高低温箱启动、高低温箱停机。中央控制台远程控制开关柜的数据包括开关柜合闸、开关柜分闸。在试验台设备发生故障吋，如过压、过流、过温等情况出现吋，中央控制台会进行报警，提醒操作人员进行处理，紧急情况时可根据预设值进行试验台紧急停机。试验台可以对风力发电用变流器和发电机进行完整的出厂试验、型式试验以及模拟风场环境试验。试验台对风カ发电用变流器和发电机可进行的出厂试验包括空载试验、带载试验、对拖性能试验。
试验台对风カ发电用变流器和发电机可进行的型式试验包括低电压穿越试验、 高电压穿越试验、电网电压波动试验、电网电压不平衡试验、电网频率偏移试验。试验台对风カ发电用变流器和发电机可进行的模拟风场环境试验包括风速模拟试验、温度变化试验、湿度变化试验。试验台可以对各种类型的风カ发电用变流器和发电机进行测试，包括且不限于 双馈发电机及变流器、直驱发电机及变流器、鼠笼发电机及变流器等。电网故障模拟设备输入电压为10kV，输出电压为O-IlkV可调。可模拟的电网故障包括电网电压跌落、电网电压波动、电网频率偏移、电网电压偏差、电网电压三相不平衡及电网谐波。高低温箱环境温度可调范围为_40°C到80°C，环境湿度可调范围为20%到98%。參见图3试验台的工作可分为稳态工作、电网故障模拟状态、环境变化模拟状态、 电网故障及环境变化模拟状态。其中，稳态工作的原理是环网柜将IOkV送至开关柜2和开关柜3，闭合开关柜2 后通过有载调压变压器T2将电网电压调整至690V，闭合开关柜3后通过变压器Tl调整电网电压至690V。再通过控制拖动电机变流器来调整拖动电机的转速。达到并网转速后，待测试变流器控制发电机并网发电，测试过程中可以调整拖动电机转速，使发电机从次同步转速到同步转速再到超同步转速，待测变流器根据转速-转矩曲线调整转矩，转矩越大，发电越多，最终达到额定功率，从而达到验证待测变流器稳态工作能力的目的。參见图1、2、3、4，电网故障模拟状态的原理是环网柜将IOkV送至电网故障模拟装置，电网故障模拟装置再输出电压至有载调压器T2，通过T2调整电压至690V。电网供电至开关柜3，闭合开关柜3后通过变压器Tl调整电网电压至690V。再通过控制拖动电机变流器来调整拖动电机的转速。达到并网转速后，待测试变流器控制发电机并网发电。并网发电过程中，通过控制电网故障模拟设备，可以模拟电网电压跌落、电网电压波动、电网频率偏移、电网电压偏差、电网电压三相不平衡及电网谐波。在电网故障模拟过程中，还可以控制拖动电机进行转速变化，从而验证待测变流器在各种不同的电网故障中的工作能力。环境变化模拟状态的工作原理是将待测变流器放入高低温箱中。电网供电至开关柜2和开关柜3，闭合开关柜2后通过有载调压变压器T2将电网电压调整至690V，闭合开关柜3后通过变压器Tl调整电网电压至690V。再通过控制拖动电机变流器来调整拖动电机的转速。达到并网转速后，待测试变流器控制发电机并网发电。并网发电过程中，通过控制高低温箱，可进行环境温度变化及环境湿度变化，在温度和湿度变化的同时还可控制拖动电机进行转速变化，从而验证待测变流器在各种不同的环境中的工作能力。电网故障及环境变化模拟状态的工作原理是将待测变流器放入高低温箱中。电网供电至电网故障模拟装置，电网故障模拟装置再输出电压至有载调压器T2，通过T2调整电压至690V。电网供电至开关柜3，闭合开关柜3后通过变压器Tl调整电网电压至690V。 再通过控制拖动电机变流器来调整拖动电机的转速。达到并网转速后，待测试变流器控制发电机并网发电。并网发电过程中，通过控制电网故障模拟设备进行各种电网故障模拟，同时可控制高低温箱进行环境温度及环境湿度变化，还可控制拖动电机进行转速变化，从而测试待测变流器在各种エ况下的工作能力。參见图5、6、7，中央控制台的基本结构由计算机、控制器、采集卡和通讯控制器组成。中央控制台的基本工作原理是模拟量采集卡、数字量采集卡、SOE采集卡将现场设备的传感器、继电器、辅助触点的数据通过线缆采集回控制器，通讯控制器通过通讯电缆与现场设备通讯并将数据采集回控制器，控制器将所有数据处理后传送到计算机画面上进行显示，操作人员再根据显示的数据和需要进行的试验进行启动、停止、紧急停机、參数调整等工作，并且由控制器进行处理后，经过通讯控制器、模拟量采集卡、数字量采集卡发送给现场设备执行，来达到远程监视和控制的目的。
权利要求
1.一种风力发电机试验台，包括-温湿度控制箱，用于放置试验对象，模拟实验对象的温度湿度环境； -发电机及其变流器，用于发电，并将发出的电流变为工频交流电流； -有载调压变压器，其初级连接变流器的输出端，次级连接电网，用于将输出电压调整至并网电压；-拖动电动机，通过联轴器与发电机连接，用于替代风轮，作为发电机的原动机，驱动发电机发电；-拖动电动机变频器，用于调整拖动电动机的转速，使拖动电动机可模拟风轮转速； -IOKv环网，用于接受发电机发出的电能，并向拖动电动机供电； -降压变压器，连接在IOKv环网与拖动电动机之间，用于将IOKv环网电压降至拖动电动机的额定电压；-电网故障模拟装置，连接IOKv环网，用于模拟电网故障； -中央控制台，用于控制试验过程，检测试验数据； 在上述结构中，试验对象是发电机/和变流器。
2.如权利要求1所述的风力发电机试验台，其特征在于，所述电网故障模拟装置包括电网电压跌落模拟单元、电网电压波动模拟单元、电网频率偏移模拟单元、电网电压偏差模拟单元、电网电压三相不平衡模拟单元及电网谐波模拟单元。
3.如权利要求1所述的风力发电机试验台，其特征在于，所述中央控制台包括控制器、 通讯控制模块、采集卡、计算机。
4.如权利要求3所述的风力发电机试验台，其特征在于，所述通讯控制模块包括电网故障模拟装置通讯控制模块、有载调压变压器远程调压监控模块、温湿度控制箱控制模块、 拖动电机变频器监控模块、拖动电机监控模块、开关柜远程监控模块、发电机监控模块及变流器监控模块。
5.如权利要求3所述的风力发电机试验台，其特征在于，所述采集卡包括模拟量采集卡、数字量采集卡和SOE采集卡。
6.如权利要求1所述的风力发电机试验台，其特征在于，所述发电机是直驱同步发电机或双馈感应发电机。
全文摘要
本发明公开了一种风力发电机的试验台，所述试验台包括电网故障模拟设备、变压器、拖动电机及变频器、发电机及变流器、温湿度控制箱、开关柜和中央控制台。本试验台可模拟风力发电机在风场运行时遇到的各种工况，并可测试各种风力发电机的发电机性能和变流器性能，尤其是可以测试机组的低电压穿越性能。
文档编号G01R31/34GK102565702SQ20111045479
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者杜睿, 蒋驰雷, 郑世辉, 闵泽生, 陈建国, 陈昱燃 申请人:东方电气集团东方汽轮机有限公司, 四川东方电气自动控制工程有限公司