专利名称：风电机组变桨系统的测试系统和测试方法
技术领域：
本发明涉及风力发电技术，特别地涉及一种风电机组变桨系统的测试系统和测试方法。
背景技术：
在风力发电机组中，变桨系统是风电机组中的重要组成部分，变桨系统主要包括控制器、驱动器和变桨电机等。控制器根据相应的工况来计算出期望的桨距角，然后给每个叶片所对应的驱动器发送指令，由驱动器控制相应的变桨电机转动，通过变桨电机的转动驱动叶片改变桨距角，满足变桨要求。在将变桨系统安装于实际的风电机组运行之前，有必要对变桨系统的性能进行测试。目前，变桨系统的测试装置中，通过液压系统模拟风对叶片根部转矩以加载在变桨电机的转轴上，但是，液压系统结构复杂，因此，使整个测试装置的结构复杂。
发明内容
本发明的第一个方面是提供一种风电机组变桨系统的测试系统，以简化变桨系统的测试系统结构。该风电机组变桨系统的测试系统，包括:加载控制器，包括负载计算单元和负载输出端，所述负载计算单元用于根据预设算法计算各工况下的转矩给定值，并从所述负载输出端输出；拖动驱动器，与所述负载输出端相连，用于根据所述转矩给定值生成对拖动电机的转矩控制信号，以调节拖动电机的输入电压的频率和/或幅值；拖动电机，与所述拖动驱动器相连，且所述拖动电机的输出轴与待测变桨电机的输出轴同轴相连，所述拖动电机用于根据所述转矩控制信号产生转矩，并施加在所述待测变桨电机的输出轴上作为负载。本发明另一方面是提供一种风电机组变桨系统的测试方法，该方法包括:加载控制器的负载计算单元根据预设算法计算各工况下的转矩给定值，并从所述加载控制器的负载输出端输出；拖动驱动器根据所述转矩给定值生成对拖动电机的转矩控制信号，以调节拖动电机的输入电压的频率和/或幅值；拖动电机根据所述转矩控制信号产生转矩，并施加在待测变桨电机的输出轴上作为负载。本发明提供的风电机组变桨系统的测试系统，拖动驱动器和拖动电机构成加载装置，拖动电机在拖动驱动器控制下产生转矩，并施加在待测变桨电机的输出轴上作为负载，该转矩为模拟各工况下因风对叶片的作用和叶片本身的重力作用对变桨电机的输出轴产生的转矩大小，因此，该加载装置可根据各工况下变桨系统中变桨电机运行时受到负载的影响，对变桨电机的输出轴施加转矩，该加载装置结构简单，不需要设置结构复杂的液压系统，因此，简化了测试系统的整体结构，并且，降低了测试系统的成本。
图1为本发明实施例所提供的风电机组变桨系统的测试系统的结构示意图；图2为本发明另一实施例所提供的风电机组变桨系统的测试系统的结构示意图；图3为本发明又一实施例所提供的风电机组变桨系统的测试系统的结构示意图；图4为本发明实施例所提供的风电机组变桨系统的测试方法的流程图；图5为本发明另一实施例所提供的风电机组变桨系统的测试方法的流程图。
具体实施例方式风力发电是通过风电机组将风能转换为电能的能源利用技术，是目前新能源开发领域中发展最快和最具潜力的发展方向。由于风能作为一种间歇性能源，具有很大的随机性和不可控制性，因此，风电机组输出功率的波动范围较大，需要通过变桨系统依据风速的变化随时调节叶片的桨距角来控制风力发电机吸收的风能，从而提高整个风电机组的效率。变桨系统在风电机组中起着重要的作用，为此，本发明实施例提供了一种风电机组变桨系统的测试系统，可模拟在真实工况下变桨系统的运行情况，以对变桨系统的性能进行测试。图1为本发明实施例所提供的风电机组变桨系统的测试系统的结构示意图，如图1所示，该测试系统包括加载控制器10、拖动驱动器11和拖动电机12。加载控制器10包括负载计算单元101和负载输出端102，负载计算单元101用于根据预设算法计算各工况下的转矩给定值，并从负载输出端102输出。拖动驱动器11与负载输出端102相连，用于根据转矩给定值生成对拖动电机11的转矩控制信号，以调节拖动电机12的输入电压的频率和/或幅值。拖动电机12与拖动驱动器11相连，且拖动电机12的输出轴与待测变桨电机(图中未不出)的输出轴同轴相连，拖动电机12用于根据转矩控制信号产生转矩,并施加在待测变桨电机的输出轴上作为负载。加载控制器是该测试系统的控制单元，加载控制器可以为工业计算机或其他类型的处理器。加载控制器包括负载计算单元和负载输出端，负载计算单元中设置有预设算法，该预设算法为对风电机组各种工况下的运行进行仿真模拟的数学模型，具体的数学模型建立方式可以按照经验进行确定，也可以基于公式建立，可根据各种工况下的风速、叶片位置等参数计算出各种工况下的转矩给定值并从负载输出端输出以传送给拖动驱动器，该转矩给定值为模拟各工况下因风对叶片的作用和叶片本身的重力作用对变桨电机的输出轴产生的转矩。拖动驱动器和拖动电机共同构成加载装置，拖动驱动器也可以为变频器或其他控制装置，拖动电机也可以为直流电机、交流异步电机或交流伺服电机等。拖动驱动器根据负载输出端输出的转矩给定值生成对拖动电机的转矩控制信号，该转矩控制信号可对拖动电机的输入电压的频率和/或幅值进行调节，从而改变拖动电机输出的转矩。拖动驱动器通过对拖动电机输入电压的频率和/或幅值的调节对拖动电机输出的转矩进行控制，拖动电机在拖动驱动器控制下产生相应转矩，并施加到变桨电机的输出轴上作为负载，该转矩为模拟各工况下因风对叶片的作用和叶片本身的重力作用对变桨电机的输出轴产生的转矩大小。由上述技术方案可知，该风电机组变桨系统的测试系统，拖动驱动器和拖动电机构成加载装置，拖动电机在拖动驱动器控制下产生转矩，并施加在待测变桨电机的输出轴上作为负载，该转矩为模拟各工况下因风对叶片的作用和叶片本身的重力作用对变桨电机的输出轴产生的转矩大小，因此，该加载装置可根据各工况下变桨系统中变桨电机运行时受到负载的影响，对变桨电机的输出轴施加转矩，该加载装置结构简单，不需要设置结构复杂的液压系统，因此，简化了测试系统的整体结构，并且，降低了测试系统的成本。图2为本发明另一实施例所提供的风电机组变桨系统的测试系统的结构示意图，如图2所示,在上述实施例的基础上,进一步的，该测试系统中，加载控制器10还包括驱动输出端103和驱动计算单元104。驱动输出端103用于与待测变桨驱动器13相连；驱动计算单元104用于根据预设算法计算各工况下的桨距角给定值，并通过驱动输出端103输出给待测变桨驱动器13，以便控制待测变桨驱动器13生成对待测变桨电机14的变桨控制信号，以调节待测变桨电机14的输入电压的频率和/或幅值。本实施例中，待测变桨驱动器和待测变桨电机可共同构成被测试的变桨系统，待测变桨驱动器和待测变桨电机的结构与拖动驱动器和拖动电机的结构类似，待测变桨驱动器可以为变频器或其他控制装置，待测变桨电机可以为直流电机、交流异步电机或交流伺服电机等。加载控制器的驱动运算单元根据预设算法计算各工况下的桨距角给定值，该桨距角给定值为模拟各工况下叶片的期望桨距角，并可通过驱动输出端输出给待测变桨驱动器，待测变桨驱动器根据桨距角给定值输出对待测变桨电机的变桨控制信号，该变桨控制信号可对待测变桨电机的输入电压的频率和/或幅值进行调节，待测变桨驱动器通过对输出电压的频率和/或幅值的调节控制待测变桨电机的转动角度，待测变桨电机在待测变桨驱动器控制下转动设定角度，以驱动叶片改变桨距角，完成期望的变桨动作。该测试系统，待测变桨驱动器和待测变桨电机可共同构成被测试的变桨系统，模拟各种工况下变桨系统的运行情况，以对变桨系统进行测试，了解变桨系统的运行特性，以满足风电机组对变桨系统的性能测试需要。如图2所示，该测试系统中还包括联轴器15，拖动电机12的输出轴通过联轴器15与待测变桨电机14的输出轴同轴相连。联轴器具体的可采用多种结构的联轴器，优选的是采用弹性联轴器，例如径向多层板簧联轴器、弹性图栓销联轴器、橡胶套筒联轴器等。本实施例中，联轴器不仅可起到将拖动电机的转矩传递给待测变桨电机的输出轴的作用，并且，联轴器可起到缓冲和减小转矩传递过程中的振动的作用，提高转矩传递过程中的动态性能，从而提高测试系统的测试精度。并且，如图2所述，该变桨系统中还可以进一步的设置编码器16，编码器16用于与待测变桨电机14的输出轴相连，用于检测待测变桨电机14的实际转动角度值并显示。通过编码器检测获得的待测变桨电机的实际转动角度值，可推断出实际的桨距角，将实际桨距角与桨距角给定值进行比较可获知待测试的变桨系统是否能达到预期的变桨效果，进一步的通过该测试系统了解变桨系统的运行情况，为设计更加完善的变桨系统提供参考数据。如图2所示，该测试系统中还可以包括转矩传感器17，转矩传感器17与拖动电机12的输出轴相连，用于检测拖动电机12的实际转矩值并显示。通过转矩传感器检测获得的拖动电机的实际转矩值，将该实际转矩值与转矩给定值进行比较可获知该加载装置是否能达到预期的加载效果，进一步的通过该测试系统了解加载装置的运行性能，为设计更加完善的加载装置提供参考数据。图3为本发明又一实施例所提供的风电机组变桨系统的测试系统的结构示意图，如图3所示，该测试系统中，拖动驱动器11、拖动电机12和转矩传感器17构成加载组件1，待测变桨驱动器13、待测变桨电机14和编码器16构成变桨组件2，加载组件I和变桨组件2的数量与风电机组中叶片的数量相同。风力发电机组中可包括多个叶片，通常为三个，因此，图3所示仅表示包含三个变桨组件和加载组件的连接结构，实际应用中，可根据风力发电机组中的叶片的数量对应设置变桨组件和加载组件的数量，并不限于图示所示的方式。每个叶片对应设置一变桨组件和一加载组件，加载控制器将每个叶片对应的桨距角给定值和转矩给定值分别发送给各变桨组件中的待测变桨驱动器和各加载组件中的待测拖动驱动器，各待测变桨电机可对应驱动一个叶片改变桨距角，各拖动电机对对应待测变桨电机的输出轴施加转矩。本实施例中，根据风电机组中叶片的数量对应设置变桨组件和加载组件的数量，以对风电机组中由各变桨组件构成的变桨系统进行测试，满足风电机组对各变桨系统的性能测试需要。需要说明的是，上述进行数据或信号通信的各设备之间可通过现场总线相连，例如，可采用控制器局域网络(Controller Area Network,简称CAN)总线或Profibus总线等相连。本发明实施例提供了一种风电机组变桨系统的测试方法，图4为本发明实施例所提供的风电机组变桨系统的测试方法的流程图，如图4所示，该测试方法包括以下步骤:步骤200、加载控制器的负载计算单元根据预设算法计算各工况下的转矩给定值，并从加载控制器的负载输出端输出；步骤201、拖动驱动器根据转矩给定值生成对拖动电机的转矩控制信号，以调节拖动电机的输入电压的频率和/或幅值；步骤202、拖动电机根据转矩控制信号产生转矩，并施加在待测变桨电机的输出轴上作为负载。该测试方法为图1所示测试系统实施例的执行方法，该测试方法可根据各工况下变桨系统中变桨电机运行时受到负载的影响，对变桨电机的输出轴施加转矩，该测试方法运行简单，因此，简化了对变桨系统进行测试的步骤。图5为本发明另一实施例所提供的风电机组变桨系统的测试方法的流程图，如图5所示,在上述实施例的基础上,进一步的,该测试方法还包括:步骤203、加载控制器的驱动计算单元根据预设算法计算各工况下的桨距角给定值，并通过加载控制器的驱动输出端输出给待测变桨驱动器，以便控制待测变桨驱动器生成对待测变桨电机的变桨控制信号，以调节待测变桨电机的输入电压的频率和/或幅值。并且，如图5所示，该测试方法中，上述的步骤203之后还可以包括下述步骤:步骤2031、通过编码器检测待测变桨电机的实际转动角度值并显示。进一步的，如图5所示，该测试方法中，上述的步骤202之后还可以包括:步骤2021、通过转矩传感器检测拖动电机的实际转矩值并显示。本实施例的测试方法可以用于执行图2所示方法实施例的方法，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
权利要求
1.一种风电机组变桨系统的测试系统，其特征在于，包括: 加载控制器，包括负载计算单元和负载输出端，所述负载计算单元用于根据预设算法计算各工况下的转矩给定值，并从所述负载输出端输出； 拖动驱动器，与所述负载输出端相连，用于根据所述转矩给定值生成对拖动电机的转矩控制信号，以调节拖动电机的输入电压的频率和/或幅值； 拖动电机，与所述拖动驱动器相连，且所述拖动电机的输出轴与待测变桨电机的输出轴同轴相连，所述拖动电机用于根据所述转矩控制信号产生转矩，并施加在所述待测变桨电机的输出轴上作为负载。
2.根据权利要求1所述的风电机组变桨系统的测试系统，其特征在于，所述加载控制器还包括: 驱动输出端，用于与待测变桨驱动器相连； 驱动计算单元，用于根据预设算法计算各工况下的桨距角给定值，并通过所述驱动输出端输出给待测变桨驱动器，以便控制所述待测变桨驱动器生成对所述待测变桨电机的变桨控制信号，以调节所述待测变桨电机的输入电压的频率和/或幅值。
3.根据权利要求1或2所述的风电机组变桨系统的测试系统，其特征在于，还包括: 联轴器，所述拖动电机的输出轴通过联轴器与所述待测变桨电机的输出轴同轴相连。
4.根据权利要求2所述的风电机组变桨系统的测试系统，其特征在于，还包括: 编码器，用于与所述待测 变桨电机的输出轴相连，用于检测所述待测变桨电机的实际转动角度值并显示。
5.根据权利要求4所述的风电机组变桨系统的测试系统，其特征在于，还包括: 转矩传感器，与所述拖动电机的输出轴相连，用于检测所述拖动电机的实际转矩值并显不O
6.根据权利要求5所述的风电机组变桨系统的测试系统，其特征在于: 所述拖动驱动器、所述拖动电机和所述转矩传感器所述构成加载组件，所述待测变桨驱动器、所述待测变桨电机和所述编码器构成变桨组件，所述变桨组件和所述加载组件的数量与风电机组中叶片的数量相同。
7.根据权利要求2所述的风电机组变桨系统的测试系统，其特征在于: 所述待测变桨电机和拖动电机为直流电机、交流异步电机或交流伺服电机。
8.一种风电机组变桨系统的测试方法，其特征在于，包括: 加载控制器的负载计算单元根据预设算法计算各工况下的转矩给定值，并从所述加载控制器的负载输出端输出； 拖动驱动器根据所述转矩给定值生成对拖动电机的转矩控制信号，以调节拖动电机的输入电压的频率和/或幅值； 拖动电机根据所述转矩控制信号产生转矩，并施加在待测变桨电机的输出轴上作为负载。
9.根据权利要求8所述的风电机组变桨系统的测试方法，其特征在于，还包括: 所述加载控制器的驱动计算单元根据预设算法计算各工况下的桨距角给定值，并通过所述加载控制器的驱动输出端输出给待测变桨驱动器，以便控制所述待测变桨驱动器生成对所述待测变桨电机的变桨控制信号，以调节所述待测变桨电机的输入电压的频率和/或幅值。
10.根据权利要求9所述的风电机组变桨系统的测试方法，其特征在于，所述加载控制器的驱动计算单元根据预设算法计算各工况下的桨距角给定值，并通过所述加载控制器的驱动输出端输出给待测变桨驱动器，以便控制所述待测变桨驱动器生成对所述待测变桨电机的转动角度的变桨控制信号，以调节所述待测变桨电机的输入电压的频率和/或幅值之后还包括: 通过编码器检测所述待测变桨电机的实际转动角度值并显示。
11.根据权利要求8-10任一所述的风电机组变桨系统的测试方法，其特征在于，所述拖动电机根据所述转矩控制信号产生转矩，并施加在待测变桨电机的输出轴上作为负载之后还包括: 通过转矩传感器检测所述拖动电机的实际转矩值并显示。
全文摘要
本发明提供一种风电机组变桨系统的测试系统和测试方法，该测试系统包括加载控制器、拖动驱动器和拖动电机，其中，加载控制器包括负载计算单元和负载输出端；拖动驱动器与负载输出端相连；拖动电机与拖动驱动器相连，且拖动电机的输出轴与待测变桨电机的输出轴同轴相连。该测试系统中加载装置结构简单，不需要设置结构复杂的液压系统，因此，简化了测试系统的整体结构，并且，降低了测试系统的成本。
文档编号G01M15/02GK103207082SQ20121001295
公开日2013年7月17日 申请日期2012年1月16日 优先权日2012年1月16日
发明者李磊, 杨松, 陈曦, 宋立刚, 宋博 申请人:华锐风电科技(集团)股份有限公司