專利名稱：大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控測試系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組測試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控測試系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)是國內(nèi)風(fēng)電設(shè)備中薄弱環(huán)節(jié)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組測試及質(zhì)量控制更是風(fēng)電領(lǐng)域的難題，各個廠家風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制差異大，相關(guān)IEC標(biāo)準(zhǔn)未得到實際采用，一致性測試無法開展，測試僅限于輸入輸出對點測試、全功率測試和現(xiàn)場調(diào)試，缺乏對主控系統(tǒng)全面測試手段和方法。若直接進(jìn)入現(xiàn)場調(diào)試，成本高，易造成設(shè)備損壞；并且因風(fēng)具有隨機(jī)性、間歇性，無法在風(fēng)場對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行全面實驗，尤其是極限風(fēng)況的實驗。目前一些研究院所搭建了測試平臺，但是多是針對性試驗系統(tǒng)，如針對性用于載荷計算、硬件測試或靜態(tài)測試等，風(fēng)電機(jī)組核心控制算法、策略等不能系統(tǒng)全面動態(tài)測試。 如何建立一種全面動態(tài)的主控測試系統(tǒng)，提前暴露缺陷，方便測試和調(diào)試，保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運行是迫切需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控測試系統(tǒng)及方法，以全面動態(tài)的對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的各項性能進(jìn)行測試，保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運行。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控測試系統(tǒng)包括分別與路由器相連的主控系統(tǒng)，是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制中心，用于發(fā)電運行控制、優(yōu)化機(jī)組功率輸出和載荷
優(yōu)化控制；并用于協(xié)調(diào)指揮變流系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)工作；
變流系統(tǒng)，用于將發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電整流為直流電，并把直流電逆變?yōu)楣ゎl交流電饋入電網(wǎng)；并接收執(zhí)行主控系統(tǒng)的并網(wǎng)、拖網(wǎng)命令，向主控系統(tǒng)反饋電網(wǎng)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信息；
變漿系統(tǒng)，用于接受主控系統(tǒng)的控制命令執(zhí)行調(diào)節(jié)槳距角，同時作為機(jī)組氣動剎車的驅(qū)動裝置，用于在緊急情況下使機(jī)組可靠順槳；
模擬風(fēng)機(jī)，通過模擬開關(guān)量、溫度量、脈沖量信號模擬風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速、溫度、槳距角信號代替實際風(fēng)電機(jī)組相應(yīng)信息，供控制系統(tǒng)采集；
風(fēng)場監(jiān)控系統(tǒng)，用于接收主控系統(tǒng)采集的風(fēng)場風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)信息，并通過主控系統(tǒng)對風(fēng)場每臺風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行啟動、停機(jī)、限功率運行控制；
所述主控系統(tǒng)、變漿系統(tǒng)、變流系統(tǒng)和風(fēng)場監(jiān)控系統(tǒng)相互連接構(gòu)成通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，所述模擬風(fēng)機(jī)與主控系統(tǒng)通訊連接。進(jìn)一步的，所述主控系統(tǒng)的發(fā)電運行控制包括數(shù)據(jù)處理、故障檢測處理、機(jī)組啟停、并網(wǎng)、脫網(wǎng)、偏航、解纜。進(jìn)一步的，所述主控系統(tǒng)的優(yōu)化機(jī)組功率輸出性能包括最大功率的捕獲、恒功率運行控制、低電壓穿越。
進(jìn)一步的，所述主控系統(tǒng)的載荷優(yōu)化控制包括整機(jī)穩(wěn)定性控制、疲勞載荷減緩和機(jī)組振動控制。進(jìn)一步的，所述變流系統(tǒng)采用可控整流的方式把發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電整流為直流電，通過網(wǎng)側(cè)逆變單元把直流電逆變?yōu)楣ゎl交流電饋入電網(wǎng)。進(jìn)一步的，所述模擬風(fēng)機(jī)由PT100、電流源、電壓源、Blade及相關(guān)測試軟件組成， 分別用來模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、冷卻系統(tǒng)的輸出信號。本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控測試方法步驟如下
(1)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控測試系統(tǒng)進(jìn)行啟動功能檢測；
(2)選擇根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)生成的風(fēng)文件或現(xiàn)場錄制的風(fēng)文件，作為測試文件；
(3)根據(jù)風(fēng)文件模擬風(fēng)電機(jī)組相應(yīng)實際運行工況；
(4)觀測風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控測試系統(tǒng)中主控系統(tǒng)測得的槳距角、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、風(fēng)速變化曲線，檢測主控控制功能實現(xiàn)情況，性能是否達(dá)標(biāo)，完成測試。所述步驟(1)中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控測試系統(tǒng)的啟動功能測試包括
1)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的各種啟動方式是否有效，包括自動啟動、面板人工啟動、機(jī)艙柜人工啟動和遠(yuǎn)程啟動；
2)檢測風(fēng)力發(fā)電機(jī)組啟動條件是否有效，這些條件包括系統(tǒng)壓力、溫度、風(fēng)速、電網(wǎng)電壓、頻率；
3)啟動過程中發(fā)生故障時響應(yīng)是否正確有效；
4)啟動過程中溫控、泵控、偏航等是否能根據(jù)需要有效；
5)是否限制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組每天自動啟動次數(shù)；
6)啟動過程中發(fā)生風(fēng)向變化對啟動的影響；
7)額定風(fēng)速以下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組啟動過程，觀測調(diào)槳、調(diào)速、調(diào)距過程；
8)額定風(fēng)速以上啟動過程，觀測調(diào)槳、調(diào)速、調(diào)矩過程。本發(fā)明的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控測試系統(tǒng)及方法優(yōu)點如下
1)把現(xiàn)場調(diào)試工作搬進(jìn)了實驗室，節(jié)約了大量測試成本；
2)使測試工作擺脫了自然風(fēng)的各種限制，不再受風(fēng)的隨機(jī)性、間歇性、易受影響等特性的影響，節(jié)約了數(shù)倍的測試時間，縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期；
3)測試過程中發(fā)現(xiàn)問題，適時對控制程序進(jìn)行更改，做到了在測試中完善產(chǎn)品的研發(fā)模式；
總之，本測試方法經(jīng)大型項目的檢驗，能夠有效發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的不足，做到程序化、標(biāo)準(zhǔn)化、 科學(xué)化測試。


圖1是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控測試系統(tǒng)組成示意圖； 圖2是系統(tǒng)數(shù)據(jù)流示意圖3是湍流風(fēng)況下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組啟動過程圖； 圖4是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組工況示意圖； 圖5是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組測試項目分類圖； 圖6是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運行時功率控制跳變示意圖。
具體實施例方式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控系統(tǒng)需測試的功能主要有遠(yuǎn)程通訊、槳距控制、溫度控制、偏航控制、功率控制、狀態(tài)轉(zhuǎn)換等，測試時可依照功能模塊先單步測試，然后進(jìn)行連續(xù)測試。為了保證能夠?qū)χ骺叵到y(tǒng)進(jìn)行測試的全面性、高效性，在測試中以現(xiàn)場運行需求為測試出發(fā)點， 在白盒測試的基礎(chǔ)上進(jìn)行黑盒測試。測試將依據(jù)詳細(xì)設(shè)計文檔，保證編程的正確性；依據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、廠家設(shè)計思路、現(xiàn)場經(jīng)驗等，保證功能不缺失，性能滿足使用要求；使用行業(yè)通用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組仿真軟件進(jìn)行工況測試，保證功率控制策略的可行與高效。一、測試系統(tǒng)
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控測試系統(tǒng)包括分別與路由器相連的
主控系統(tǒng)，是風(fēng)電機(jī)組的控制中心，協(xié)調(diào)指揮變流器、變槳系統(tǒng)安全、高效工作；以發(fā)電運行控制功能為目標(biāo)，確保機(jī)組安全可靠運行，包括數(shù)據(jù)處理、故障檢測處理、機(jī)組啟停、并網(wǎng)、脫網(wǎng)、偏航、解纜等；以優(yōu)化機(jī)組功率輸出性能為目標(biāo)，包括最大功率的捕獲、恒功率運行控制、低電壓穿越等；實現(xiàn)載荷優(yōu)化控制，主要包括整機(jī)穩(wěn)定性控制、疲勞載荷減緩和機(jī)組振動控制；
變流系統(tǒng)，采用可控整流的方式把發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電整流為直流電，通過網(wǎng)側(cè)逆變單元把直流電逆變?yōu)楣ゎl交流電饋入電網(wǎng)；接收執(zhí)行主控并網(wǎng)拖網(wǎng)命令，向主控系統(tǒng)反饋電網(wǎng)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速等信息；
變漿系統(tǒng)，是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組調(diào)節(jié)中槳距控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，接受主控控制命令執(zhí)行調(diào)節(jié)槳距角，其調(diào)節(jié)特性的優(yōu)劣直接影響發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)沖擊和快速性、發(fā)電機(jī)組輸出功率的平穩(wěn)性，從而影響整個風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率和電能質(zhì)量；同時作為機(jī)組氣動剎車的驅(qū)動裝置，能在緊急情況下使機(jī)組安全可靠順槳，保證機(jī)組安全；
模擬風(fēng)機(jī)，通過模擬開關(guān)量、溫度量、脈沖量等信號模擬風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速、溫度、槳距角等信號代替實際風(fēng)電機(jī)組相應(yīng)信息，供控制系統(tǒng)采集；
風(fēng)場監(jiān)控，軟件裝載在臺式機(jī)上，接收主控采集的風(fēng)場風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)信息，并通過主控對風(fēng)場每臺風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行啟動、停機(jī)、限功率運行等控制；
所述主控系統(tǒng)、變漿系統(tǒng)、變流系統(tǒng)和風(fēng)場監(jiān)控相互連接構(gòu)成通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，所述模擬風(fēng)機(jī)與主控系統(tǒng)通訊連接。本著模擬現(xiàn)場運行情況的原則，搭建測試系統(tǒng)，研制測試工具，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控測試系統(tǒng)能夠模擬現(xiàn)場工況，使得主控系統(tǒng)運行狀態(tài)之間能順利切換，可方便觀測分析各種工況，模擬各種故障。搭建的測試系統(tǒng)如圖1，由通信系統(tǒng)、模擬風(fēng)機(jī)、風(fēng)場監(jiān)控系統(tǒng)、變流系統(tǒng)、外部風(fēng)況模擬系統(tǒng)等組成。風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)速信號通過傳感器采集后為4-20mA信號，有些信息傳感器采集后為0-10V信號，則用相應(yīng)電流源、電壓源代替機(jī)組相應(yīng)信號，許多溫度采集多為 PT100，則直接可用其或阻值代替機(jī)組溫度信號。變流系統(tǒng)、變漿系統(tǒng)可采用實際的系統(tǒng)連接，也可采用相應(yīng)通訊子站和相應(yīng)開關(guān)量模擬實。外部風(fēng)況模擬系統(tǒng)根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)要求生成或采集現(xiàn)場實際風(fēng)況。通信系統(tǒng)網(wǎng)路(虛線部分)為主控對外接口網(wǎng)絡(luò)，其主要通訊接口有變槳系統(tǒng)、變流系統(tǒng)、風(fēng)場監(jiān)控系統(tǒng)等，通過該通訊系統(tǒng)連接主控及物理或模擬系統(tǒng)(變流系統(tǒng)、變漿系統(tǒng)通訊模擬子站，用于模擬溫度的PT100以及模擬傳感器的信號的電流源電壓源等)；模擬風(fēng)機(jī)系統(tǒng)可以模擬風(fēng)機(jī)運行參數(shù)，使主控正常工作，動態(tài)檢測其功能及性能。黑色線條表示的網(wǎng)絡(luò)檢測、分析各個接口信息是否正常，系統(tǒng)功能、性能的是否正常等， 是故障分析定位的網(wǎng)絡(luò)，測試時的人機(jī)接口。點劃線連接的代表主控需要和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組交互的信息。用PT100、電流源、電壓源、Blade及相關(guān)測試軟件等組成模擬風(fēng)機(jī)模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、冷卻系統(tǒng)等。風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)速信號通過傳感器采集后為 4-20mA信號，有些信息傳感器采集后為0-10V信號，則用相應(yīng)電流源、電壓源代替機(jī)組相應(yīng)信號，許多溫度采集多為PT100，則直接可用其或阻值代替機(jī)組溫度信號，Blade為一種專業(yè)軟件，可實現(xiàn)對風(fēng)機(jī)的建模預(yù)仿真。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中溫度測量常用PT100，在模擬溫度類故障和控制功能測試時可使用電阻箱及普通電阻代替(該測試系統(tǒng)中PT100或電阻箱、電阻都可以用)；風(fēng)速、風(fēng)向等傳感器輸出為電流信號，在測試過程中使用電流源(風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)速信號通過傳感器采集后為4-20mA信號，改變電流信號即可模擬改變風(fēng)速大小)代替，可方便模擬風(fēng)向、風(fēng)速等值的改變，完成測試；根據(jù)通訊需要如CAN子站模擬變槳、變流相關(guān)信息代替實際變槳和變流仿真變槳、變流、監(jiān)控系統(tǒng)實際功能，并建立其與主控的通訊，從而來檢測主控系統(tǒng)功能和性能；測試系統(tǒng)搭建完成后應(yīng)保證(根據(jù)相應(yīng)通訊規(guī)約機(jī)制判斷通訊是否正常來實現(xiàn))與主控系統(tǒng)之間通訊正常，無故障激活，可通過監(jiān)控軟件觀察。表1模擬風(fēng)機(jī)主要模塊及功能
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控測試系統(tǒng)，其特征在于，包括分別與路由器相連的主控系統(tǒng)，是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制中心，用于發(fā)電運行控制、優(yōu)化機(jī)組功率輸出和載荷優(yōu)化控制；并用于協(xié)調(diào)指揮變流系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)工作；變流系統(tǒng)，用于將發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電整流為直流電，并把直流電逆變?yōu)楣ゎl交流電饋入電網(wǎng)；并接收執(zhí)行主控系統(tǒng)的并網(wǎng)、拖網(wǎng)命令，向主控系統(tǒng)反饋電網(wǎng)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信息；變漿系統(tǒng)，用于接受主控系統(tǒng)的控制命令執(zhí)行調(diào)節(jié)槳距角，同時作為機(jī)組氣動剎車的驅(qū)動裝置，用于在緊急情況下使機(jī)組可靠順槳；模擬風(fēng)機(jī)，通過模擬開關(guān)量、溫度量、脈沖量信號模擬風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速、溫度、槳距角信號代替實際風(fēng)電機(jī)組相應(yīng)信息，供控制系統(tǒng)采集；風(fēng)場監(jiān)控系統(tǒng)，用于接收主控系統(tǒng)采集的風(fēng)場風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)信息，并通過主控系統(tǒng)對風(fēng)場每臺風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行啟動、停機(jī)、限功率運行控制；所述主控系統(tǒng)、變漿系統(tǒng)、變流系統(tǒng)和風(fēng)場監(jiān)控系統(tǒng)相互連接構(gòu)成通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，所述模擬風(fēng)機(jī)與主控系統(tǒng)通訊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控測試系統(tǒng)，其特征在于所述主控系統(tǒng)的發(fā)電運行控制包括數(shù)據(jù)處理、故障檢測處理、機(jī)組啟停、并網(wǎng)、脫網(wǎng)、偏航、解纜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控測試系統(tǒng)，其特征在于所述主控系統(tǒng)的優(yōu)化機(jī)組功率輸出性能包括最大功率的捕獲、恒功率運行控制、低電壓穿越。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控測試系統(tǒng)，其特征在于所述主控系統(tǒng)的載荷優(yōu)化控制包括整機(jī)穩(wěn)定性控制、疲勞載荷減緩和機(jī)組振動控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控測試系統(tǒng)，其特征在于所述變流系統(tǒng)采用可控整流的方式把發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電整流為直流電，通過網(wǎng)側(cè)逆變單元把直流電逆變?yōu)楣ゎl交流電饋入電網(wǎng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控測試系統(tǒng)，其特征在于所述模擬風(fēng)機(jī)由 PT100、電流源、電壓源、Blade及相關(guān)測試軟件組成，分別用來模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、冷卻系統(tǒng)的輸出信號。
7.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控測試方法，其特征在于，該測試方法的步驟如下(1)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控測試系統(tǒng)進(jìn)行啟動功能檢測；(2)選擇根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)生成的風(fēng)文件或現(xiàn)場錄制的風(fēng)文件，作為測試文件；(3)根據(jù)風(fēng)文件模擬風(fēng)電機(jī)組相應(yīng)實際運行工況；(4)觀測風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控測試系統(tǒng)中主控系統(tǒng)測得的槳距角、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、風(fēng)速變化曲線，檢測主控控制功能實現(xiàn)情況，性能是否達(dá)標(biāo)，完成測試。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控測試方法，其特征在于，所述步驟(1)中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控測試系統(tǒng)的啟動功能測試包括1)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的各種啟動方式是否有效，包括自動啟動、面板人工啟動、機(jī)艙柜人工啟動和遠(yuǎn)程啟動；2)檢測風(fēng)力發(fā)電機(jī)組啟動條件是否有效，這些條件包括系統(tǒng)壓力、溫度、風(fēng)速、電網(wǎng)電壓、頻率；3)啟動過程中發(fā)生故障時響應(yīng)是否正確有效；4)啟動過程中溫控、泵控、偏航等是否能根據(jù)需要有效；5)是否限制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組每天自動啟動次數(shù)；6)啟動過程中發(fā)生風(fēng)向變化對啟動的影響；7)額定風(fēng)速以下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組啟動過程，觀測調(diào)槳、調(diào)速、調(diào)距過程；8)額定風(fēng)速以上啟動過程，觀測調(diào)槳、調(diào)速、調(diào)矩過程。
全文摘要
本發(fā)明涉及大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控測試系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括分別與路由器相連的主控系統(tǒng)、變流系統(tǒng)、變漿系統(tǒng)、模擬風(fēng)機(jī)和風(fēng)場監(jiān)控系統(tǒng)，且主控系統(tǒng)、變漿系統(tǒng)、變流系統(tǒng)和風(fēng)場監(jiān)控系統(tǒng)相互連接構(gòu)成通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，所述模擬風(fēng)機(jī)與主控系統(tǒng)通訊連接，本發(fā)明建立了風(fēng)電機(jī)組模型，模擬風(fēng)場運行環(huán)境，實現(xiàn)了機(jī)組運行工況再現(xiàn)，使測試和調(diào)試不受風(fēng)的隨機(jī)性、間歇性等特性的影響，并制定了相應(yīng)測試方案，總結(jié)了測試注意事項。該測試系統(tǒng)有效解決了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)全面動態(tài)測試難題，保證了主控系統(tǒng)的高可靠和高動態(tài)性能，缺陷得到提前暴露，縮短了研發(fā)周期，減少了現(xiàn)場調(diào)試時間，提高了風(fēng)電機(jī)組主控系統(tǒng)研發(fā)、出廠質(zhì)量。
文檔編號G05B23/02GK102411367SQ201110363480
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者劉昊昱, 盧曉光, 吳鵬, 岳紅軒, 常晶, 張舉良, 賈曉杰, 郭改霞, 閆黎明, 陶學(xué)軍, 高亮 申請人:許繼電氣股份有限公司, 許繼集團(tuán)有限公司