专利名称：小型风力发电机性能测试系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及发电机组性能测试系统，具体涉及一种小型风力发电机性能测试
系统。
背景技术：
目前，小型风力发电机主要应用在远离电网的边远地区，如草原牧区、山区、海岛等 地区。在这些地区架设输电线路非常困难，用电成本也很高；同时，这些地区往往存在比 较大的风力资源，特别适合小型户用型风力发电机的使用。近几年，我国10kW以下风力发 电系统发展很快，尤其是2kW以下的机型，从设计制造到运行维护都取得了许多成功的经 验，解决了一大批无电少电的农、牧、渔民的基本生活用电问题。但是，现有系统一般采 用发电机输出直接对蓄电池进行充电，并没有对风力机转换环节进行控制，使得风能利用 系数比较低， 一般在0.3左右。根据贝茨理论，风能利用系数的极限值为0.593，如果控 制风力机总是以最佳叶尖速比运行，年发电量可以提高20% 30%。依据风力机只有在最佳 叶尖速比下运行，才能输出最大功率之理论，以小型风力发电机为对象，对其进行最大功 率跟踪的分析和研究是所属领域技术人员关注和需要解决的问题。而目前尚未有小型风力 发电机性能测试平台，研究分析其输出功率，并对其优化，由此制约了小型风力发电机实 现功率最优控制的目的。
实用新型内容
针对现有技术存在的上述不足，本实用新型的目的是提供一种结构简单、测试方便 和结果准确的小型风力发电机性能测试系统。
本实用新型的目的是这样实现的小型风力发电机性能测试系统，其特点在于包括 小型风力发电机、风道、风源和工控机，小型风力发电机面向风道并设于出风口，风道 出风口处安装有风速计；风源为轴流式通风机设于风道的另一端，并用变频器与通风机 相连，用于调节其转速以产生模拟风速；风速计和风力发电机通过数据采集卡连接工控 机。作为本实用新型的进一步优化，所述风源为并列设置的多台轴流式通风机构成， 这样可以更加有利于自然风速模拟。
作为本实用新型进一步改进，所述小型风力发电机的底座固定在可上下移动的套筒 上，这样可调节待检测的小型风力发电机的上下位置，使其利于检测。
作为本实用新型进一步优化，所述风道内还安装有整流筛，可对用作风源的通风机 组产生的风流进行整流，使其在出风口出保持稳定，有利于测试。
本实用新型结构简单、设计合理，具有测试方便和结果准确的特点。 本实用新型通过组建开放式风洞测试实验平台，对某型lkw永磁直流发电机构成的小 型风电系统性能分析发现，如果能使发电机的输出电流跟随输出电压按照一定规律变化， 就可以使风力机以最佳叶尖速比运行，自动跟踪其最大功率点，从而对提高整个风电系统 能量转换效率具有较高的参考价值。
图1是一种具体的小型风力发电机组性能测试装置结构示意图； 图2是本实用新型小型风力发电机组性能测试系统原理图； 图3是本实用新型风力机输出功率与转速特性曲线图。
具体实施方式
如图1所示， 一种小型风力发电机性能测试系统，主要包括小型风力发电机l、风 道2、风源3和工控机6，小型风力发电机1底座固定安装在套筒4上，可使小型风力 发电l上下移动，对风力发电机l的位置进行调节，以保证测试状态的稳定，避免因安 装原因造成的系统测量误差；为了聚合风能，设计制作风道2作为气流通道，在风道2 中内还安装有整流筛9，并在风道2出风口处安装风速计5，以便对风速进行测量；风 源3由九台轴流式通风机组成，并用变频器7调节通风机转速以产生模拟风速。发电机 测试系统中，待测量的风速值、以及风力发电机输出电压和电流通过数据采集卡8，传 送到工控机6中，进行信号的处理和分析。具有测试简便、有效的特点。
本实用新型以开放式风洞为基础的小风机测试技术由轴流式风机作为源动力，采用 风力实现柔性连接的方式，主要是为了提高调速稳定性，并且依此做进一步的研究。
参见图2，本实用新型的测试原理为自然风由平均风速和每个瞬间都在激烈变化 的脉动风速所组成。依据风速变化的随机性特征，在测试小型永磁风力发电机的性能时， 用风机来提供风源，并用变频器调节风机转速以产生模拟风速。风力发电机输出电压和电流通过与电控箱连接的数据釆集卡，传送到工控机中，进行信号的处理和分析。
这样在性能测试分析过程中，须将风速计5测量到的风速转化为风力发电机1风轮 上的风速大小，那么依据贝兹假设，风速计5处与发电机1风轮处的流量相同，即
m = Mvi=Mv2 (2.1)
则有 ^ (2.2)
其中，风速计5位置处截面积；风力发电机1风轮上位置处截面积；V>: 测量风速值；V2:扫掠小型风力发电机风轮的风速。
故此，由测量风速^即可得发电机风轮上的风速大小。^可有下式计算得出
60 (2.3) 式(2.3)中，r:风速仪旋转半径(m ); n:测量转速值(rpm )。 通过对某lkW小型风力发电机系统的分析，从而提出一种最大限度获取风能的控制方 法，该方法通过控制该型风机的直流发电机的电磁转矩——转速特性间接地控制风力机的 机械转矩——转速特性，使风力机在额定风速以下以最佳尖速比运行，自动跟踪其最大功 率点。即，如果能使发电机的输出电流跟输出电压按照一定规律变化，就可以使风力机以 最佳叶尖速比运行，自动跟踪其最大功率点，从而提高整个风电系统能量转换效率。
图3为风力机输出功率与转速特性曲线，从图中可以看出，在某一固定转速下，风速 越大风力机输出功率越大，在某一转速下可以输出最大功率，n较小或者太大时，风力机 输出功率都会降低。实现为不同风速下风力机输出最大功率的连线，也称为最佳功率负载 线。控制风力机始终跟踪其最大功率点。即工作在最佳功率负载线上就是闭环风力机发电 系统所追求的控制目标。风力机只有在最佳叶尖速比下运行，才能输出最大机械功率。
权利要求1、小型风力发电机性能测试系统，其特征在于，包括小型风力发电机(1)、风道(2)、风源(3)和工控机(6)，小型风力发电机(1)面向风道(2)并设于出风口，风道出风口处安装有风速计(5)；风源(3)为轴流式通风机设于风道(2)的另一端，并用变频器(7)与通风机相连，用于调节其转速以产生模拟风速；风速计(5)和风力发电机(1)通过数据采集卡(8)连接工控机。
2、 根据权利要求l所述的小型风力发电机性能测试系统，其特征在于，所述风源(3) 为并列设置的多台轴流式通风机构成。
3、 根据权利要求1或2所述的小型风力发电机性能测试系统，其特征在于，所述 小型风力发电机(1)的底座固定在可上下移动的套筒(4)上。
4、 根据权利要求1或2所述的小型风力发电机性能测试系统，其特征在于，所述 风道(2)内还安装有整流筛(9)。
专利摘要本实用新型提供一种小型风力发电机性能测试系统，包括小型风力发电机、风道、风源和工控机，小型风力发电机面向风道并设于出风口，风道口处安装有风速计；风源为轴流式通风机设于风道的另一端，并用变频器调节风机转速以产生模拟风速；风速计和风力发电机通过数据采集卡连接工控机。具有结构简单、设计合理，而且测试方便和结果准确的特点。其通过组建开放式风洞测试实验平台，对研究提高整个风电系统能量转换效率具有较高的参考价值。
文档编号G01R31/34GK201378202SQ20092012713
公开日2010年1月6日 申请日期2009年4月24日 优先权日2009年4月24日
发明者何玉林, 李奇敏, 李成武, 静 杜, 杨显刚, 鑫 金 申请人:重庆大学