风力发电机组的联调测试系统的制作方法

本发明涉及风力发电机组硬件在环测试领域，更具体地讲，涉及一种风力发电机组的联调测试系统。

背景技术：

风力发电技术是获取新型清洁能源的主要技术手段，基本原理是将风的动能通过风力发电机转换为电能，主要实现方式是风力发电机组将风能转换为机械功，利用机械功带动转子旋转，并最终输出交流电能。通常，风力发电机组的各组成部分(例如，机舱、发电机、液压系统等)均是独立进行设计和测试的，当对整体安装好的上述组成部分完成软件控制和通信开发后，会将风力发电机组运到风电场进行调试以保证其运行正常，但是由于风电场地域辽阔且环境多变，有些极限工况无法模拟，并且，对风力发电机组进行现场调试，也无法保证工作人员的安全。

为了解决上述问题，现有技术中会搭建用于测试风力发电机组的子部件的测试平台，但是这种测试平台并未考虑到整机运行时对子部件的影响，因此，在测试准确度方面具有局限性。此外，现有技术中还会搭建小容量的风力发电机组的测试模型，但这种测试模型仅能反映小容量的风力发电机组的性能，无法反映大容量的风力发电机组的性能(例如，运行特性等)，因此，不具有广泛适用性。

技术实现要素：

本发明的示例性实施例在于提供一种风力发电机组的联调测试系统，以克服现有的测试平台无法对任意功率的风力发电机组进行联调测试的缺陷。

根据本发明的示例性实施例，提供一种风力发电机组的联调测试系统，其特征在于，所述联调测试系统包括：被测风机系统、风机拖动系统、上位机和连轴装置，其中，所述被测风机系统包括风机控制器、风机变流器和风力发电机，所述风机拖动系统包括拖动控制器、拖动变流器和拖动电机，其中，所述风机变流器与电网相连接，其中，所述风机控制器将特定风况下的运行数据发送给所述上位机，所述上位机基于所述特定风况下的运行数据和特定风况下的仿真风速确定给定转速，并经由所述拖动控制器将所述给定转速发送给所述拖动变流器，所述拖动变流器确定与所述给定转速等效的给定电流，并利用所述给定电流控制所述拖动电机以所述给定转速转动，所述拖动电机通过所述连轴装置带动所述风力发电机以所述给定转速转动，其中，所述特定风况下的运行数据包括实时变桨位置、实时偏航位置和机侧扭矩，其中，所述机侧扭矩是指所述风机控制器将扭矩需求发送给所述风机变流器后，所述风机变流器根据所述扭矩需求控制所述风力发电机发电后所得到的真实扭矩。

可选地，所述特定风况下的运行数据包括实时变桨位置、实时偏航位置和机侧扭矩，其中，所述机侧扭矩是指所述风机控制器将扭矩需求发送给所述风机变流器后，所述风机变流器根据所述扭矩需求控制所述风力发电机发电后所得到的真实扭矩。

可选地，所述风机变流器还确定与所述扭矩需求等效的给定电流，并控制所述风力发电机按照所述给定电流进行并网发电。

可选地，所述被测风机系统还包括变桨系统和偏航系统，其中，所述风机控制器将变桨需求发送给所述变桨系统，所述变桨系统基于所述变桨需求进行运转并向所述风机控制器反馈实时变桨位置，所述风机控制器还将偏航需求发送给所述偏航系统，所述偏航系统基于所述偏航需求向所述风机控制器反馈实时偏航位置。

可选地，所述联调测试系统还包括：电源回馈装置，其中，所述电源回馈装置从所述风机变流器获取能量，并向所述风机拖动系统进行供电。

可选地，所述拖动电机向所述拖动变流器反馈机侧电流，所述拖动变流器基于所述机侧电流确定所述拖动电机的真实转速，并将所述真实转速发送到所述上位机，所述上位机确定所述真实转速和所述给定转速之间的转速偏差，并确定所述转速偏差与预定偏差之间的差值是否大于预定阈值，当所述转速偏差大于预定阈值时，所述上位机控制所述风机拖动系统停机。

可选地，所述联调测试系统还包括：被测风机系统安全链和风机拖动系统安全链，其中，所述被测风机系统安全链包括风机变流器安全子链，所述风机拖动系统安全链包括拖动变流器安全子链，其中，所述风机变流器安全子链包括多个风机变流器故障节点和风机安全继电器，所述拖动变流器安全子链包括与风机变流器故障节点对应的拖动变流器故障节点和拖动安全继电器，其中，相对应的风机变流器故障节点和拖动变流器故障节点相互串联后，分别连接到所述风机安全继电器和所述拖动安全继电器，所述风机安全继电器和所述风机变流器相连接，所述拖动安全继电器与所述拖动变流器相连接，其中，当所述风机变流器故障节点或拖动变流器故障节点被触发时，触发所述风机安全继电器和所述拖动安全继电器断开，以使所述风机变流器和所述拖动变流器急停。

可选地，所述被测风机系统还包括风力发电机冷却装置和风机变流器冷却装置，其中，所述风力发电机冷却装置用于在所述风机控制器的控制下使所述风力发电机的温度在所有工况下都保持在风力发电机预定温度范围内，所述风机变流器冷却装置用于在所述风机控制器的控制下使所述风机变流器的温度在所有工况下都保持在风机变流器预定温度范围内；所述风机拖动系统还包括拖动电机冷却装置和拖动变流器冷却装置，其中，所述拖动电机冷却装置用于在所述拖动控制器的控制下使所述拖动电机的温度在所有工况下都保持在拖动电机预定温度范围内，所述拖动变流器冷却装置用于在所述拖动控制器的控制下使所述拖动变流器的温度在所有工况下都保持在拖动变流器预定温度范围内。

可选地，所述被测风机系统还包括机舱通信系统，其中，所述风机控制器经由所述机舱通信系统与所述变桨系统、所述偏航系统和所述风机变流器中的至少一个进行数据交互。

可选地，应用所述联调测试系统执行以下测试中的任意一项：起停机测试、全功率发电测试、限功率测试、故障模拟测试、被测风机系统与控制策略的匹配性测试、转速跟随测试、扭矩跟随测试、被测风机系统通信运行情况测试。

可选地，所述特定风况下的运行数据还包括所述风力发电机的真实转速，其中，当应用所述联调测试系统执行起停机测试时，所述风机控制器还获取所述被测风机系统在特定风况下的状态数据，并基于所述特定风况下的状态数据和所述特定风况下的运行数据进行起停机测试，其中，所述被测风机系统的状态数据包括所述风机变流器的状态数据、所述变桨系统的状态数据和所述风机控制器的状态数据。

可选地，所述特定风况下的运行数据还包括被测风机系统所在机舱的振动数据和温度数据，其中，当应用所述联调测试系统执行全功率发电测试时，所述风机控制器基于所述特定风况下的运行数据进行全功率发电测试。

在根据本发明示例性实施例的风力发电机组的联调测试系统中，能够利用拖动电机拖动风力发电机来模拟实际风力发电机的发电情况，从而可以对被测风机系统的软件和硬件进行充分的测试验证以解决相应的问题(例如，当某项测试不合格时，可在风力发电机组出厂前解决)，此外，与现场调试相比，由于测试过程中并不涉及真实的机组叶片部件，因此有效地提高了风力发电机组的运行安全和测试安全，同时大幅度减少了测试时间，节省了风力发电机组测试成本的可靠性。

将在接下来的描述中部分阐述本发明总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本发明总体构思的实施而得知。

附图说明

通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的详细描述，本发明示例性实施例的上述和其他目的将会变得更加清楚，其中：

图1示出根据本发明示例性实施例的风力发电机组的联调测试系统的框图；

图2示出根据本发明另一示例性实施例的风力发电机组的联调测试系统的框图；

图3示出根据本发明示例性实施例的连轴装置的示意图。

具体实施方式

现将详细参照本发明的示例性实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号始终指的是相同的部件。以下将通过参照附图来说明所述实施例，以便解释本发明。

图1示出根据本发明示例性实施例的风力发电机组的联调测试系统的框图。

参照图1，根据本发明示例性实施例的风力发电机组的联调测试系统包括：被测风机系统100、风机拖动系统200、上位机300和连轴装置400，其中，被测风机系统100包括风机控制器110、风机变流器120和风力发电机130；风机拖动系统200包括拖动控制器210、拖动变流器220和拖动电机230，这里，风机变流器120与电网相连接。

具体说来，根据本发明示例性实施例的风力发电机组的联调测试系统的工作原理为：基于上位机300建立的虚拟运行环境，使风机拖动系统200模拟叶轮侧的工作，从而使得被测风机系统100所包括的部件(例如，风机控制器110、风机变流器120和风力发电机130等)实现系统联调运行。下面，将详细结合具体的示例性实施例来说明根据本发明示例性实施例的风力发电机组的联调测试系统的工作原理。

首先，在上述连接关系下，风机控制器110将特定风况下的工况数据发送给上位机300。这里，所述特定风况可以是从上位机300中的仿真应用中给定的用于模拟的风电场的高度真实的风况，例如，湍急风、阶跃风、自定义风等。具体说来，风机控制器110从上位机300获取特定风况，并基于获取到特定风况来得到特定风况下的工况数据。

作为示例，所述特定风况下的运行数据可包括实时变桨位置、实时偏航位置和机侧扭矩，这里，作为示例，所述机侧扭矩是指所述风机控制器将扭矩需求发送给所述风机变流器后，所述风机变流器根据所述扭矩需求控制所述风力发电机发电后所得到的真实扭矩。

风机控制器110获取实时变桨位置和实时偏航位置的过程如下：

在一个可选示例性实施例中(该案例指是组成被测风机系统100中除风力发电机130和风机变流器120之外其他组成装置均为虚拟系统的情况)，具体说来，风机控制器110在确定了特定风况后，可根据预先设置的仿真模型中的特定风况下的子系统状态和初始转速确定变桨需求、偏航需求和扭矩需求。上述仿真模型基于变桨需求模拟出实际的实时变桨位置，并基于偏航需求模拟出实际的实时偏航位置。

在另一个可选示例性实施例中，被测风机系统100可还包括变桨系统140和偏航系统150(如图2所示)，具体说来，风机控制器110在确定了特定风况后，可根据预先设置的仿真模型和变桨系统的初始位置，确定下一步的变桨需求，并将变桨需求发送给变桨系统140，变桨系统140基于变桨需求进行运转并向风机控制器110反馈变桨位置，同时，风机控制器110还根据预先设置的仿真模型确定偏航需求，并将偏航需求发送给偏航系统150，偏航系统150基于偏航需求向风机控制器110反馈实时偏航位置。

在风机控制器110将特定风况下的运行数据(即，实时变桨位置、实时偏航位置和机侧扭矩)发送给上位机300后，上位机300基于上述特定风况下的运行数据和特定风况下的仿真风速确定给定转速，并经由拖动控制器210将给定转速发送给拖动变流器220。拖动变流器220确定与给定转速等效的给定电流，并利用给定电流控制拖动电机230以给定转速转动，拖动电机230通过连轴装置400带动风力发电机130以给定转速转动。

具体说来，图3示出根据本发明示例性实施例的连轴装置400的示意图，如图3所示，作为示例，连轴装置400可包括伸缩式万向轴410、第一万向节420和第二万向节430，其中，第一万向节420的一端与风力发电机130相连接，第一万向节430的另一端与伸缩式万向轴410的一端相连接，伸缩式万向轴410的另一端与第二万向节430的一端相连接，第二万向节430的另一端与拖动电机230相连接。通过上述连接关系，拖动电机230可通过伸缩式万向轴410、第一万向节420和第二万向节430带动风力发电机130以给定转速转动，其中，第一万向节420或第二万向节430可用于抵消风力发电机130与拖动电机230不对中所造成的传动扭震，伸缩式万向轴410可用于调节风机发电机130和拖动电机230之间的距离差。

此外，作为示例，在风力发电机130以给定转速转动的情况下，风机变流器120还确定与扭矩需求等效的给定电流，并控制风力发电机按照给定电流进行并网发电。

此外，作为示例，所述联调测试系统可还附加地包括电源回馈装置500，具体说来，风力发电机130发出的电经风机变流器120回馈到电源回馈装置500中，并与从电网获取的能量一并向风机拖动系统200进行供电。

通过上述方式，可以使风机拖动系统200模拟叶轮侧的工作，为被测风机系统100提供机械功，从而带动风力发电机转子旋转，并在风机控制器110的控制下最终输出交流电能。

如图2所示，作为可选示例性实施例，被测风机系统100可还附加地包括机舱通信系统160，其中，风机控制器110可经由机舱通信系统160与变桨系统140、偏航系统150和风机变流器120中的至少一个进行数据交互。

此外，作为可选示例性实施例，被测风机系统100还包括风力发电机冷却装置170和风机变流器冷却装置180，其中，风力发电机冷却装置170与风力发电机130相连接，风力发电机冷却装置170用于在风机控制器110的控制下使风力发电机130的温度在所有工况下都保持在风力发电机预定温度范围内，风机变流器冷却装置180与风机变流器120相连接，风机变流器冷却装置180用于在风机控制器110的控制下使风机变流器120的温度在所有工况下都保持在风机变流器预定温度范围内。

风机拖动系统200可还包括拖动电机冷却装置240和拖动变流器冷却装置250，其中，拖动电机冷却装置240与拖动电机230相连接，拖动电机冷却装置240用于在拖动控制器210的控制下使拖动电机230的温度在所有工况下都保持在拖动电机预定温度范围内，拖动变流器冷却装置250与拖动变流器220相连接，拖动变流器冷却装置250用于在拖动控制器210的控制下使拖动变流器220的温度在所有工况下都保持在拖动变流器预定温度范围内。

作为示例，上述风力发电机预定温度范围、风机变流器预定温度范围、拖动电机预定温度范围和拖动变流器预定温度范围可以是出厂设置的或者由用户设置的温度范围。

另一方面，所述联调测试系统可还具备对风机拖动系统200进行故障检测和对联调测试系统整体进行安全保护的功能。

具体说来，针对风机拖动系统200的进行故障检测的功能，在一个示例性实施例中，可在拖动电机230以给定转速转动的过程中，由拖动电机230向拖动变流器220反馈机侧电流，拖动变流器220基于机侧电流确定拖动电机230的真实转速，并将真实转速发送到上位机300，上位机300确定真实转速和给定转速之间的转速偏差，并确定转速偏差与预定偏差之间的差值是否大于预定阈值，当转速偏差大于预定阈值时，上位机300控制风机拖动系统200停机。通过这种方式，可以确定在仿真时拖动电机230是否故障，有效防止后续由于仿真和实际执行不吻合所带来的测试错误。

针对对联调测试系统整体进行安全保护的功能，在一个示例性实施例中，所述风力发电机组的联调系统还可具备自身的安全保护装置，例如，所述联调测试系统可还包括：被测风机系统安全链610和风机拖动系统安全链620，其中，被测风机系统安全链610包括风机变流器安全子链，风机拖动系统安全链620包括拖动变流器安全子链，其中，风机变流器安全子链包括多个风机变流器故障节点和风机安全继电器，拖动变流器安全子链包括与风机变流器故障节点对应的拖动变流器故障节点和拖动安全继电器，其中，相对应的风机变流器故障节点和拖动变流器故障节点相互串联后，分别连接到风机安全继电器和拖动安全继电器，风机安全继电器和风机变流器相连接，拖动安全继电器与拖动变流器相连接，其中，当风机变流器故障节点或拖动变流器故障节点被触发时，触发风机安全继电器和拖动安全继电器断开，以使风机变流器120和拖动变流器220急停，相应地，在风机变流器120和拖动变流器220急停的情况下，风力发电机130、变桨系统140、拖动电机230急停，偏航系统150禁止偏航。通过这种方式，可以使得风机变流器120或者拖动变流器220故障时，同时使至少被测风机系统100中的风机变流器120和变桨系统140急停、偏航系统150禁止偏航，风机拖动系统200中的拖动变流器220、拖动电机230急停，通过上述方式，可以防止一旦风机拖动系统200中的拖动变流器220发生故障，拖动变流器220和拖动电机230急停而被测风机系统100仍处于发电状态而造成危险(例如，危险具体表现为：拖动变流器故障急停后，给定转速迅速变为零)，或者，可以防止被测风机系统100中的风机变流器120故障(例如，甩负荷)时使风机拖动系统200的真实转速上升，随后拖动变流器220根据真实转速的变化控制拖动电机230的电流使得拖动电机230的功率降低而造成的危险。由此可见，上述被测风机系统安全链610和风机拖动系统安全链620可以使得所述联调测试系统的安全得到保证。

此外，在上述联调测试系统正常运行的过程中，可以应用所述风力发电机组的联调测试系统执行以下测试中的任意一项：起停机测试、全功率发电测试、限功率测试、故障模拟测试、被测风机系统与控制策略的匹配性测试、转速跟随测试、扭矩跟随测试、被测风机系统通信运行情况测试。例如，所述风力发电机组的联调测试系统可实现6mw及以下容量的风力发电机的全功率测试。

具体说来，在一个示例性实施例中，所述特定风况下的运行数据还可还包括风力发电机130的真实转速，其中，当应用所述风力发电机组的联调测试系统执行起停机测试时，风机控制器110可还获取被测风机系统100在特定风况下的状态数据，并基于特定风况下的状态数据和特定风况下的运行数据进行起停机测试，其中，被测风机系统100的状态数据包括风机变流器120的状态数据、变桨系统140的状态数据和风机控制器110的状态数据。

例如，当对风机变流器120进行起机逻辑测试时，可实时获取风力发电机130的真实转速和风力变流器120的状态数据，例如，风机变流器120的状态数据为：风机变流器120处于停机状态、风机变流器120处于待机状态，风机变流器120处于加速状态和风机变流器120处于发电状态，风机控制器110获取到的风力发电机130的真实转速与风机变流器120的状态数据的对应关系为：待机状态-a1转/秒、加速状态-a2转/秒和发电状态-a3转/秒时，可通过实时比较在当前状态下的真实转速和相应的预定转速阈值的大小来确定当前状态下的真实转速是否合格，例如，比较a1转/秒与第一转速阈值的大小，当a1转/秒大于第一转速阈值时，确定风机变流器120在待机状态下的转速合格；接下来，比较a2转/秒与第二转速阈值的大小，当a2转/秒大于第二转速阈值，确定风机变流器120在加速状态下的转速合格；接下来，比较a3转/秒与第三转速阈值的大小，当a3转/秒大于第三转速阈值时，确定风机变流器120在发电状态下的转速合格，当满足上述三个条件(即，风机变流器120在待机状态、加速状态和发电状态下的转速都合格的情况下)确定风机变流器120起机逻辑正常，反之，当有至少一个条件不满足时，确定风机变流器120起机逻辑错误。

此外，本领域技术人员应理解，可通过现有的任何方式对被测风机系统100所包括的任意部件的起停机逻辑进行测试，本发明在此不做任何限定。

此外，在另一个示例性实施例中，特定风况下的运行数据还包括被测风机系统所在机舱的振动数据和温度数据，其中，当应用该风力发电机组的联调测试系统执行全功率发电测试时，风机控制器110基于特定风况下的运行数据进行全功率发电测试。

例如，在风机控制器110获取到被测风机系统100所在机舱的温度数据时，可通过现有的任何方式判断在预定时间内，被测风机系统100所在机舱的温度是否达到稳态，当达到稳态时，确定被测风机系统100所在机舱的温度测试合格。

此外，本领域技术人员应理解，还可应用现有技术对被测风机系统100中的其他数据进行检测，本发明在此不进行一一举例。

通过上述方式，可以在通过所述风力发电机组的联调测试系统对被测风机系统的软件和硬件进行充分的测试验证。

综上所述，根据本发明示例性实施例的风力发电机组的联调测试系统，能够利用拖动电机拖动风力发电机来模拟实际风力发电机的发电情况，从而可以对被测风机系统的软件和硬件进行充分的测试验证以解决相应的问题(例如，当某项测试不合格时，可在风力发电机组出厂前解决)，此外，与现场调试相比，由于测试过程中并不涉及真实的机组叶片部件，因此有效地提高了风力发电机组的运行安全和测试安全，同时大幅度减少了测试时间，保证了风力发电机组测试成本的可靠性。

尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。