一种风电机组的测试方法及测试平台
阅读：448发布：2021-09-18
专利汇可以提供一种风电机组的测试方法及测试平台专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 实施例 公开了一种 风 电机 组的测试方法，包括：获取所要模拟测试的风电机组的运行阶段；根据所要模拟测试的风电机组的运行阶段，控制所述主 电动机 的速度和/或控制所述从电动机的 力 矩，以模拟风速和/或 风能 的变化实现对所述风电机组的测试。本发明实施例将驱动端设置为并联的采取主从控制方式的两台电动机，其中主电动机主要采用速度控制方式，从电动机采用力矩控制方式，然后根据所要模拟测试的风电机组的运行阶段，控制所述主电动机的速度和/或控制所述从电动机的力矩，从而可以模拟风速和/或风能的变化，达到了模拟不同风速不同 载荷 对风电机组进行测试的目的，克服了 现有技术 中不能模拟真实工况来测试的问题。，下面是一种风电机组的测试方法及测试平台专利的具体信息内容。
1.一种风电机组的测试方法，其特征在于：用于风电机组测试平台；所述测试平台的驱动端为并联的两台电动机；所述测试平台的被测端为待测的风电机组；所述驱动端与所述被测端通过齿轮箱相连，所述齿轮箱为两级并行、双输入单输出结构；
所述方法包括：
步骤一：获取所要模拟测试的风电机组的运行阶段；
步骤二：根据所要模拟测试的风电机组的运行阶段，分别控制所述两台电动机的速度和/或力矩，以模拟风速和/或风能的变化实现对所述风电机组的测试。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两台电动机采取主从控制方式进行控制，其中主电动机主要采用速度控制方式，从电动机采用力矩控制方式，并且所述步骤二具体为：根据所要模拟测试的风电机组的运行阶段，分别控制所述主电动机的速度和/或控制所述从电动机的力矩，以模拟风速和/或风能的变化实现对所述风电机组的测试。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤二具体包括：
当需要模拟测试风速从零上升到切入风速这一阶段时，控制所述主电动机的转速上升到预设的参考速度值。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤二具体包括：
当需要模拟测试风速从切入风速上升但所述风电机组尚未达到最高转速这一阶段时，控制所述主电动机的转速上升，同时控制所述驱动端的负载分配比例上升。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤二具体包括：
当需要模拟测试所述风电机组已达到最高转速但其功率尚未达到额定输出功率这一阶段时，控制所述驱动端的负载分配比例上升。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当需要模拟测试所述风电机组已达到额定功率而风能继续增大这一阶段时，控制所述主电动机的附加力矩上升，同时控制所述从电动机的附加力矩减小。
7.一种风电机组的测试平台，其特征在于，所述平台包括：
驱动端：包括并联的两台电动机，所述驱动端用于根据接收到的所要模拟测试的风电机组的运行阶段的控制命令，改变所述两台电动机的速度和/或力矩以模拟风速和/或风能的变化实现对待测试风电机组的测试；
齿轮箱：用于连接所述驱动端与被测端，为两级并行、双输入单输出结构，其中所述被测端为所述待测试风电机组。
8.根据权利要求7所述的测试平台，其特征在于，所述两个电动机采取主从控制方式进行控制，其中主电动机主要采用速度控制方式，从电动机采用力矩控制方式，所述驱动端通过改变所述主电动机的速度和/或改变所述从电动机的力矩以实现对风速和/或风能变化的模拟。
一种风电机组的测试方法及测试平台
技术领域
背景技术
[0002] 在风力发电中，整机的出厂检验测试是关系风电机组能否正常运行的关键环节。在现有技术中，风电机组试验台一般采取对拖方式对风电机组进行测试和检验。在驱动端给定参考速度，通过联轴器或齿轮箱驱动被测机组。一般采用速度控制，在驱动端进行自适应加载力矩，同时被测机组进行同样加载。
[0003] 发明人在实现本发明的过程中发现，对风电机组测试时尤为关键的一点在于是否能尽可能的模拟实际风况下风电机组的运行情况，如不同工况下风电机组并网、功率输出情况等。因此，为了测试风电机组在不同风速不同载荷状况的表现特性，需要设计试验台，并采取一定的控制方法对风电机组进行测试，为以后的技术改进提供重要的参考依据。但是现有技术中的这种测试方法只能简单的模拟驱动端额定功率以下的风电机组并网、发电等环节，也无法模拟风况变化时变桨系统的动作对风电机组输出功率的影响。换句话说，这样的加载效果只是能检验被测对象能不能满足一定的加载要求，能不能达到满载等定值效果，以及检验加载过程中可能出现的问题，却不能真实地模拟被测端在实际风况以及不同阶段的运行效果，如不同风速不同载荷状况下风电机组输出功率的变化以及变桨系统的工作特性等。可见，现有技术中的方案无法近似真实地进行模拟测试，无法模拟不同风速不同载荷等真实工况来对风电机组进行测试。
发明内容
[0004] 有鉴于此，本发明实施例的目的是提供一种风电机组的测试方法及测试平台，以实现模拟不同风速不同载荷对风电机组进行测试。
[0005] 本发明实施例公开了一种风电机组的测试方法，其特征在于：用于风电机组测试平台；所述测试平台的驱动端为并联的两台电动机；所述测试平台的被测端为待测的风电机组；所述驱动端与所述被测端通过齿轮箱相连，所述齿轮箱为两级并行、双输入单输出结构；
[0006] 所述方法包括：
[0007] 步骤一：获取所要模拟测试的风电机组的运行阶段；
[0009] 优选的，所述两台电动机采取主从控制方式进行控制，其中主电动机主要采用速度控制方式，从电动机采用力矩控制方式，并且所述步骤二具体为：根据所要模拟测试的风电机组的运行阶段，分别控制所述主电动机的速度和/或控制所述从电动机的力矩，以模拟风速和/或风能的变化实现对所述风电机组的测试。
[0010] 优选的，所述步骤二具体包括：
[0011] 当需要模拟测试风速从零上升到切入风速这一阶段时，控制所述主电动机的转速上升到预设的参考速度值。
[0012] 优选的，所述步骤二具体包括：
[0013] 当需要模拟测试风速从切入风速上升但所述风电机组尚未达到最高转速这一阶段时，控制所述主电动机的转速上升，同时控制所述驱动端的负载分配比例上升。
[0014] 优选的，所述步骤二具体包括：
[0015] 当需要模拟测试所述风电机组已达到最高转速但其功率尚未达到额定输出功率这一阶段时，控制所述驱动端的负载分配比例上升。
[0016] 优选的，所述方法还包括：
[0017] 当需要模拟测试所述风电机组已达到额定功率而风能继续增大这一阶段时，控制所述主电动机的附加力矩上升，同时控制所述从电动机的附加力矩减小。
[0018] 本发明实施例还公开一种风电机组的测试平台，所述平台包括：
[0019] 驱动端：包括并联的两台电动机，所述驱动端用于根据接收到的所要模拟测试的风电机组的运行阶段的控制命令，改变所述两台电动机的速度和/或力矩以模拟风速和/或风能的变化实现对待测试风电机组的测试；
[0020] 齿轮箱：用于连接所述驱动端与被测端，为两级并行、双输入单输出结构，其中所述被测端为所述待测试风电机组
[0021] 优选的，所述两个电动机采取主从控制方式进行控制，其中主电动机主要采用速度控制方式，从电动机采用力矩控制方式，所述驱动端通过改变所述主电动机的速度和/或改变所述从电动机的力矩以实现对风速和/或风能变化的模拟。
[0022] 本发明实施例将驱动端设置为并联的采取主从控制方式的两台电动机，其中主电动机采用速度控制方式，从电动机采用力矩控制方式，然后根据所要模拟测试的风电机组的运行阶段，控制所述主电动机的速度和/或控制所述从电动机的力矩，从而可以模拟风速和/或风能的变化，达到了模拟不同风速不同载荷对风电机组进行测试的目的，克服了现有技术中不能模拟真实工况来测试的问题。附图说明
[0023] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024] 图1是本发明实施例一方法所应用的测试平台示意图；
[0025] 图2是本发明实施例一主从电动机力矩输出关系示意图；
[0026] 图3是本发明实施例一方法的流程图；
[0027] 图4是本发明实施例一中变频器逻辑控制示意图；
[0028] 图5是本发明实施例一测试风电机组变桨调节控制示意图。
具体实施方式
[0029] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0030] 实施例一
[0031] 首先介绍一下本实施例方法所用于的测试平台的基本情况。图1为本发明实施例一方法所应用的测试平台示意图。所述测试平台的驱动端为并联的采取主从控制方式的两台电动机，其中主电动机主要采用速度控制方式，从电动机采用力矩控制方式；所述测试平台的被测端为待测的风电机组；所述驱动端与所述被测端通过齿轮箱相连，所述齿轮箱为两级并行、双输入单输出结构。
[0032] 优选的，在本实施例中具体可以采用变频器对驱动端进行控制。参见图1所示，变频器Converter用于对主动电机Master和从动电机Follower进行控制，变频器Converter和被测试的风电机组Wind Turbine均通过变压器Transformer连接到电网Grid。变频器Converter为交流变频器，包含一个整流器ARU和两个逆变器（INU1、INU2），一拖二结构。在驱动端采用两台异步电机并联的方式，显然需满足以下关系：PDrive＞PGenerator，PDrive为驱动端最大输出总功率，PGenerator为被测端即风电机组的最大输出功率。被测端即被测试的风电机组，在本实施例中以变速恒频双馈型风机为例。
[0033] 在本实施例中两台并联的电动机作为原动机，输入轴分别啮合在一个齿轮上，属刚性连接，故对两台电动机采取主从控制方式，主电动机Master主要采用速度控制，从电动机Follower采用力矩控制。
[0034] 图2为主从电动机力矩输出关系示意图。从电动机Follower采用力矩控制，其力矩输出作为主电动机Master力矩输出的补偿。在图2中，Tf为从动电机输出的力矩，Tm为主动电机输出的力矩，Tg为加载在风电机组上的力矩。则有：
[0035]
[0036] 其中η为传动效率，N1/N2为驱动端与被测端传动比，这里假设主从电动机连接齿轮数一致，N1/N2与η均为常数，可见Tg的变化由Tm和Tf决定。
[0037] 参见图3所示，本实施例所述方法包括：
[0038] S301：获取所要模拟测试的风电机组的运行阶段。与现有技术中只能模拟单一的工况相比，本实施例的方法可以模拟风电机组的多个运行阶段，如：风速从零上升到切入风速的阶段、风速从切入风速继续上升但所述风电机组尚未达到最高转速的阶段、风电机组已达到最高转速但其功率尚未达到额定输出功率的阶段、风电机组已达到额定功率而风能继续增大的阶段，等等。因此在进行模拟测试前，要先获取所要模拟测试的风电机组的运行阶段，在确定了所要模拟测试的风电机组的运行阶段后便可以进行相应的模拟测试了。
[0039] S302：根据所要模拟测试的风电机组的运行阶段，控制所述主电动机的速度和/或控制所述从电动机的力矩，以模拟风速和/或风能的变化实现对所述风电机组的测试。发明人在实现本发明的过程中发现，对风电机组各个运行阶段的测试可以归结为对风速和风能两个参数的模拟。而控制主电动机的速度可以模拟风速，控制从电动机的力矩可以模拟风能，二者单独或结合使用便可以灵活的模拟风电机组的多个运行阶段，从而实现了本实施例的目的。
[0040] 图4为本实施例中变频器逻辑控制示意图。在测试平台中，令主电动机的速度Vm为给定的参考速度VRef，再通过主电机编码器反馈信号得出电机实际速度值VAct。Vm和VAct的差作为变频器PID的输入。变频器内部进行PID运算后得出相对应的主电动机输出力矩值TMout。Scale为负载分配比例，可由控制系统或控制器规定并传送给变频器相应参数。TMout与Scale相乘之后得到从电动机的输出力矩TFout。在本发明其他实施例中，TMout和TFout可作为Tm和Tf直接输出，但是在本实施例中，为了可以实现对变桨的模拟测试，所以优选的，还增设TMadd和TFadd，参见图4所示。TMadd和TFadd分别来自控制系统或控制器的附加力矩值，它们的值根据试验要求和控制策略决定，并由试验台主控系统传送给变频器，以实现对Tm和Tf的调整。TMadd与TMout进行叠加，组成Tm进行输出；TFadd与TFout进行叠加，即根据Tm和Scale计算得到TFout后，TFadd再与TFout组成Tf输出。则有以下关系公式：
[0041] Tm＝TMout+TMadd
[0042] Tf＝TFout+TFadd
[0043] TFout＝(TMout+TMadd)×Scale
[0045]
[0046] 为方便计算，假设认为传动比与传动效率为1，则上述公式可简化为：Tg＝(Tm+Tf)。驱动端为主从控制，主电动机Master采用速度控制，从电动机Follower采用力矩控制，并且满足Vm=VRef，TRef=Tm+Tf。TRef为风力发电机组达到额定功率前（包括额定功率）对应加载力矩，此时TRef=T’Ref。
[0047] 下面举例说明一下本实施例中具体如何对各个运行阶段进行模拟：
[0048] 例1：所述根据所要模拟测试的风电机组的运行阶段，控制所述主电动机的速度和/或控制所述从电动机的力矩的步骤，具体可以包括：
[0049] 当需要模拟测试风速从零上升到切入风速这一阶段时，控制所述主电动机的转速上升到预设的参考速度值。
[0050] 实际工况中，在此阶段，风速从零上升到切入风速。驱动端在模拟这一过程时，对应的过程为主动电机的转速从零上升到预设的参考速度值VRef。即对驱动端进行加载，令Vm上升到Vm=VRef。当模拟风速大于或等于切入风速时，被测端风力发电机组并网。
[0051] 例2：所述根据所要模拟测试的风电机组的运行阶段，控制所述主电动机的速度和/或控制所述从电动机的力矩的步骤，具体包括：
[0052] 当需要模拟测试风速从切入风速上升但所述风电机组尚未达到最高转速这一阶段时，控制所述主电动机的转速上升，同时控制所述驱动端的负载分配比例上升。
[0053] 此阶段即风电机组最大风能追踪区，风力发电机组并网后运行在发电机最高转速以下区域，风力发电机组桨叶节距角不变。风力发电机轴的输出功率只与发电机的转速有关，此时，控制发电机的输出功率，使其运行在最大功率曲线，实现最大风能跟踪。为模拟实际工况，令Vm继续增大，同时开始增加Scale值使Tf也增大，使得风力发电机组工作在最大风能追踪区。
[0054] 例3：所述根据所要模拟测试的风电机组的运行阶段，控制所述主电动机的速度和/或控制所述从电动机的力矩的步骤，具体包括：
[0055] 当需要模拟测试所述风电机组已达到最高转速但其功率尚未达到额定输出功率这一阶段时，控制所述驱动端的负载分配比例上升。
[0056] 此阶段即风电机组恒转速区，风力发电机组转速达到最高转速，但风力发电机组输出功率还没有达到额定输出功率。为保护风力发电机组不超速运行，应使风力发电机组在最大允许转速运行。为模拟实际工况，令Vm保持不变，仍为实际工况下转速，但增加Scale的值，从而使风力发电机组输出功率继续增加。
[0057] 例4：所述方法还包括：
[0058] 当需要模拟测试所述风电机组已达到额定功率而风能继续增大这一阶段时，控制所述主电动机的附加力矩上升，同时控制所述从电动机的附加力矩减小。
[0059] 此阶段即风电机组恒功率区。随着风能量的继续增大，风力发电机组输出功率将增加至额定输出功率。但如果风能仍继续增加，为保护风力发电机组，则要求此时风力发电机组工作在恒速恒功率状态。在此状态下，风力发电机组通过变桨距控制实现机组的恒功率控制。
[0060] 图5是本发明实施例一测试风电机组变桨调节控制示意图。公式F(γ,ν,Δω)表示某一工况下风速ν、半径γ的叶片当需要变桨期望角度Δω时，吸收或释放的风能能量对应的驱动端力矩的变化量。其中：γ为风电机组叶片半径；ν为某一工况下的风速；Δω为叶片的期望变桨角度。在本实施例中，将F(γ,ν,Δω)视为已知值，可以获取到。
[0061] 在本阶段，风能继续增大，但风电机组已达到额定功率，转速不能再升高，故需要通过变桨来释放多余的能量。在模拟本阶段时，本实施例中通过控制所述主电动机的力矩上升来模拟风能继续增大，同时控制所述从电动机的力矩减小来模拟通过变桨释放多余能量。本实施例增设的TMadd和TFadd，正是为了完成此作用，参见图4所示。TMadd和TFadd分别来自控制系统的附加力矩值，它们的值根据试验要求和控制策略决定，并由试验台主控系统传送给变频器，以实现对Tm和Tf的调整。
[0062] 具体的，为模拟实际风能量继续增大下风电机组运行状态，TRef＝Tm+Tf，规定Tf为风电机组额定功率时从电动机加载最大力矩Tf-Max，TRef为风电机组额定功率时驱动端给定参考力矩值。此时要求TRef维持不变，而令Tm↑，由于Tm＝TMout+TMadd，可见Tm ↑可通过调整TMadd ↑的变化实现，从而可以模拟风能增加。同时在此状态下，风力发电机组通过变桨距控制实现机组的恒功率控制，即应该有Tf ↓。由上文可知F(γ,ν,Δω)表示风电机组变桨所要释放的风能能量对应的驱动端力矩的变化量，所以Tm应当减少的量为F(γ,ν,Δω)，即TFadd应该等于-F(γ,ν,Δω)。也就是说Tf＝Tf-Max+TFadd，TFadd=-F(γ,ν,Δω)。
[0063] 可见在例4中，通过TMadd和TFadd可实现对Tm和Tf即主电动机的力矩和从电动机的力矩的调整。而在本发明其他实施例中，对主电动机力矩和从电动机力矩的调整还可以通过各种现有方法实现，对此本发明实施例不再赘述。
[0064] 实施例二
[0065] 本实施例是上一实施例方法所应用的具体设备，即一种风电机组的测试平台。所述平台包括：
[0066] 驱动端：包括并联的采取主从控制方式的两台电动机，其中主电动机采用速度控制方式，从电动机采用力矩控制方式，所述驱动端用于根据接收到的所要模拟测试的风电机组的运行阶段的控制命令，改变所述主电动机的速度和/或改变所述从电动机的力矩，以模拟风速和/或风能的变化实现对待测试风电机组的测试；
[0067] 齿轮箱：用于连接所述驱动端与被测端，为两级并行、双输入单输出结构，其中所述被测端为所述待测试风电机组。
[0068] 对于设备实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0069] 需要说明的是，虽然在实施例一和实施例二中给出的均是两台电机采用主从控制方式进行控制，并且主电动机主要采用速度控制方式，从电动机采用力矩控制方式，但本领域普通技术人员在本发明技术方案的启发下显然能够理解，要实现对风速和/或风能变化的模拟，可以采用不止两台的多台电机；同时即使采用两台电机其具体控制方式也可以不同于本发明实施例中给出的方式。
[0070] 本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施方式中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，这里所称得的存储介质，如：ROM、RAM、磁碟、光盘等。
[0071] 还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
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