专利名称：风力发电机组电动变桨距系统试验台的制作方法
技术领域：
本实用新型提供一种应用于风力发电系统的实验台，尤其涉及一种风 力发电机组电动变桨距系统试验台，属于风力发电技术领域。
背景技术：
变桨距机构就是在额定风速以上，依据风速的变化随时调节桨距角，控 制吸收的机械能，一方面保证获取最大的能量(与额定功率对应)，同时减少风力对风力机 的冲击。在并网过程中，变桨距控制还可实现快速无冲击并网。变桨距控制系统与变速恒 频技术相配合，最终提高了整个风力发电系统的发电效率和电能质量。变桨距系统主要分 为电动变桨距和液压变桨距两类，由于目前我国的液压行业整体水平的制约，液压变桨距 系统在风电市场的占有率明显低于电动变桨距，同时在减少漏油保持轮毂和桨叶内清洁方 面，电动变桨距系统也存在一定的优势。但是，目前国内开发和设计电动变桨距系统没有一套完善的地面试验方法，通常 需要在风机整体吊装完毕后，才能进行系统的功能测试，这样就给设备维护和系统改善带 来诸多不便，同时这样的现场试验也会给机组的整体安全性能造成威胁。
发明内容发明目的本实用新型的目的是解决以往在测试风力发电系统的时候没有完善的 地面试验装置，而造成直接在风机上进行试验所带来的维护和系统改善不便以及对机组整 体安全性能造成威胁的技术问题。技术方案本发明是通过以下技术方案实现的一种风力发电机组电动变桨距系统试验台，其特征在于所述试验台包括上位机、 加载系统和电动变浆距系统；所述加载系统和电动变浆距系统之间连接，所述加载系统和 电动变浆距系统均分别通过通讯电缆连接至上位机。所述加载系统包括加载控制器和与加载控制器连接的加载装置；所述电动变浆距 系统包括变桨驱动器和与变桨驱动器连接的变桨电机；所述加载装置通过联轴器连接至变 桨电机，变桨电机通过通讯电缆连接至加载控制器和变桨驱动器；所述加载控制器和变桨 驱动器均分别通过通讯电缆连接至上位机。所述变桨驱动器内设置有通讯模块、控制变桨速度的PID控制器、驱动变桨电机 动作的变频器和直接与变桨电机连接的充电电池组及其充电回路；所述通讯模块通过通讯 电缆连接至上位机，通讯模块连接至控制变桨速度的PID控制器，控制变桨速度的PID控制 器连接至驱动变桨电机动作的变频器，变频器连接至变桨电机；所述变桨电机的输出轴上 设置有角度编码器，角度编码器连接至控制变桨速度的PID控制器。所述加载控制器包括PLC控制器和与上位机进行通讯的接口模块组成；所述加载 装置由双向泵、电磁比例溢流阀、单向阀、手动泄压阀、油压传感器、油箱、滤油器和油冷却 器组成，其中双向泵连接两条油路，每条油路均依次连接手动泄压阀、单向阀、油冷却器、滤 油器和油箱，其中每条油路的手动泄压阀和单向阀共同与电磁比例溢流阀并联；在所述电 磁比例溢流阀与双向泵之间设置有连接至油冷却器的单向阀；所述手动泄压阀与双向泵之 间还连接有压力指示表，压力指示表内设置有油压传感器，油压传感器连接至加载控制器内的PLC控制器，所述PLC控制器还连接至变桨电机内的角度编码器和加载装置内的电磁 比例溢流阀；所述双向泵通过联轴器连接至变桨电机。变桨电机为直流电动机或三相交流异步电动机。所述加载系统和电动变浆距系统的数量在使用的时候与风机的桨叶数量一致。优点及效果本实用新型提供一种风力发电机组电动变桨距系统试验台，所述试 验台还包括上位机、加载系统和电动变浆距系统；所述加载系统和电动变浆距系统之间连 接，所述加载系统和电动变浆距系统均分别通过通讯电缆连接至上位机。将电动变桨距系统内的变桨电机连接在风力发电机的桨叶上，上位机1根据测试 程序中的模拟发电机转速η和功率P，由内部控制算法计算得出变桨角度的位置信号β 通过控制接口(RS485接口)发送至电动变桨距系统的变桨驱动器内，位置信号P1由PID 控制器转换为变桨速度信号ω，再由变桨电机驱动器转换为控制电压信号U驱动变桨电 机，使变桨电机以设定角速度ω旋转，从而完成预期的变桨动作。该实用新型结构简洁合理，对于风力发电机的设备维护和系统改善带来很大的方 便，同时这样的试验台也避免了直接在机组实验所带来的整体安全性的问题。
图1为本实用新型的结构框图；图2为本实用新型的加载装置的油路图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步的说明如图1所示，本实用新型涉及一种风力发电机组电动变桨距系统试验台，所述试 验台包括上位机1、模拟风对桨叶根部转矩的加载系统2和实现桨叶驱动的电动变浆距系 统3 ；所述加载系统2和电动变浆距系统3之间连接，所述加载系统2和电动变浆距系统3 均分别通过通讯电缆连接至上位机1。所述加载系统2包括加载控制器和与加载控制器连接的加载装置；所述电动变浆 距系统3包括变桨驱动器和与变桨驱动器连接的变桨电机18 ；所述加载装置通过联轴器连 接至变桨电机18，变桨电机18通过通讯电缆连接至加载控制器和变桨驱动器；所述加载控 制器和变桨驱动器均分别通过通讯电缆连接至上位机1。所述变桨驱动器内设置有通讯模块、控制变桨速度的PID控制器、驱动变桨电机 18动作的变频器和直接与变桨电机18连接的充电电池组及其充电回路；所述通讯模块通 过通讯电缆连接至上位机1，通讯模块连接至控制变桨速度的PID控制器，控制变桨速度的 PID控制器连接至驱动变桨电机18动作的变频器，该变频器连接至变桨电机18以便驱动变 桨电机18 ；所述变桨电机18上设置有角度编码器，角度编码器连接至控制变桨速度的PID 控制器。充电电池组以及与充电电池组配套的充电回路的作用是出现电网故障时为变桨系 统提供后备动力。所述加载控制器包括PLC控制器和与上位机1进行通讯的接口模块组成；所述加 载装置由双向泵、电磁比例溢流阀、单向阀、手动泄压阀、油压传感器、油箱、滤油器和油冷 却器组成，其中双向泵连接两条油路，每条油路均依次连接手动泄压阀、单向阀、油冷却器 15、滤油器16和油箱17，其中每条油路的手动泄压阀和单向阀共同与电磁比例溢流阀并 联；在所述电磁比例溢流阀与双向泵之间设置有连接至油冷却器的单向阀；具体的讲就是如图2所示，双向泵连接的第一条油路依次连接第一手动泄压阀4、第一单向阀5、油冷却 器、滤油器和油箱，而第一手动泄压阀4和第一单向阀5共同与第一电磁比例溢流阀6并 联，在所述第一电磁比例溢流阀与双向泵之间设置有连接至油冷却器的第二单向阀7 ；双 向泵连接的第二条油路依次连接第二手动泄压阀11、第三单向阀10、油冷却器15、滤油器 16和油箱17，而第二手动泄压阀11和第三单向阀10共同与第二电磁比例溢流阀9并联， 在所述第二电磁比例溢流阀9与双向泵之间设置有连接至油冷却器的第四单向阀8。所述 手动泄压阀与双向泵之间还连接有压力指示表，压力指示表内设置有油压传感器，油压传 感器连接至加载控制器内的PLC控制器，所述PLC控制器还连接至变桨电机18内的角度编 码器和加载装置内的两个电磁比例溢流阀6、9 ；所述双向泵14通过联轴器连接至变桨电机 18。变桨电机18为直流电动机或三相交流异步电动机。所述加载系统2和电动变浆距系统3的数量在使用的时候与风机的桨叶数量一致。参照图1和图2。上位机1与电动变桨距系统3之间由通讯电缆连接，上位机1通 过该通讯电缆向电动变桨距系统3发送桨距角给定指令，同时电动变桨距系统3也通过该 通讯电缆将实时桨距角反馈给上位机1 ；上位机1与加载系统2之间由通讯电缆连接，上位 机1通过该通讯电缆向加载系统中2的加载控制器发送由上位机1模拟产生的风速、发电 机转速、输出功率等信号，同时加载控制器也通过该通讯电缆将实时电机轴端扭矩反馈给 上位机1 ；电动变桨距系统3中的变桨电机18与加载系统中的液压双向油泵之间通过联轴 器连接，由变桨电机18带动液压双向泵旋转，从而在相应油路中产生用来模拟风力载荷扭 矩的油压；所述的上位机由带有通讯接口的PC来实现；该实用新型在使用的时候，将电动变桨距系统内的变桨电机18连接在风力发电 机的桨叶上，上位机1根据测试程序中的模拟发电机转速η和功率P，由内部控制算法计算 得出变桨角度的位置信号β 通过控制接口(RS485接口)发送至电动变桨距系统的变桨 驱动器内，位置信号SPID控制器转换为变桨速度信号ω，再由变桨驱动器转换为控制 电压信号U驱动变桨电机18，使变桨电机18以设定角速度ω旋转，从而完成预期的变桨动 作。设置在变桨电机18输出轴上的角度编码器将电机转动的位置信号β 2反馈给电 动变桨距系统中的变桨驱动器内的PID控制器，与上位机1发送的位置信号β ！进行比较， 形成闭环控制；同时上位机1将上述模拟发电机转速η、功率P、风速信号ν以及当前变桨系统反 馈回来的桨叶位置信号β2，通过通讯接口发送至加载系统2内的加载控制器，由加载控制 器内的PLC控制器根据程序中的风力载荷曲线计算得出加载到变桨电机18输出轴上的制 动扭矩T，再转换为控制加载装置内的比例溢流阀的模拟电流信号I，控制电磁比例溢流阀 的开度，即控制双向泵油路中的油压，从而实现控制加载扭矩的大小和方向，即实现模拟实 际气流对桨叶产生的气动转矩；如图2所示，设置在加载油路的双向泵内的压力传感器将油路中的油压信号反馈 给加载控制器，形成闭环控制；[0030]加载控制器将上述计算得出的制动扭矩T通过通讯接口反馈回上位机1，形成闭 环控制。当变桨电机18执行开桨动作时，图2中第二单向阀7导通，双向泵14上方的第一 条的油路产生油压，此时加载控制器根据上位机1发送的指令迅速调整第一电磁比例溢流 阀6的控制电流，改变第一电磁比例溢流阀6的开度，使所在第一条油路中的部分液压油返 回油箱17，从而改变了第一条油路中的油压，加载控制器将连接在第一手动泄压阀4与双 向泵14之间的压力指示表13反馈的油压信号与上位机1发送的指令油压信号进行比较， 继续调整第一电磁比例溢流阀6的开度，直至两者的差值为零，此时在变桨电机18输出轴 上产生的制动扭矩等效于该工况下气流对桨叶产生的风力载荷。当变桨电机18执行关桨动作时，图2中第四单向阀8导通，双向泵14下方的第二 条油路产生油压，此时加载控制器根据上位机1发送的指令迅速调整第二电磁比例溢流阀 9的控制电流，改变第二电磁比例溢流阀9的开度，使所在油路中的部分液压油返回油箱， 从而改变了油路中的油压，加载控制器将连接在第二手动泄压阀11与双向泵14之间的压 力指示表12反馈的油压信号与上位机1发送的指令油压信号进行比较，继续调整第二电磁 比例溢流阀9的开度，直至两者的差值为零，此时在变桨电机18输出轴上产生的制动扭矩 等效于该工况下气流对桨叶产生的风力载荷。当测试试验结束后或者需要检修油路中的某些设备时，手动导通图2中第一手动 泄压阀4和第二手动泄压阀11，使双向泵14上下方的两条油路中的液压油分别通过第一单 向阀5和第三单向阀10返回油箱。该实用新型结构简洁合理，对于风力发电机的设备维护和系统改善带来很大的方 便，同时这样的试验台也避免了直接在机组实验所带来的整体安全性的问题。
权利要求一种风力发电机组电动变桨距系统试验台，其特征在于所述试验台包括上位机(1)、加载系统(2)和电动变浆距系统(3)；所述加载系统(2)和电动变浆距系统(3)之间连接，所述加载系统(2)和电动变浆距系统(3)均分别通过通讯电缆连接至上位机(1)。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组电动变桨距系统试验台，其特征在于所述加 载系统(2)包括加载控制器和与加载控制器连接的加载装置；所述电动变浆距系统(3)包 括变桨驱动器和与变桨驱动器连接的变桨电机；所述加载装置通过联轴器连接至变桨电 机，变桨电机通过通讯电缆连接至加载控制器和变桨驱动器；所述加载控制器和变桨驱动 器均分别通过通讯电缆连接至上位机(1)。
3.根据权利要求2所述的风力发电机组电动变桨距系统试验台，其特征在于所述变 桨驱动器内设置有通讯模块、控制变桨速度的PID控制器、驱动变桨电机动作的变频器和 直接与变桨电机连接的充电电池组及其充电回路；所述通讯模块通过通讯电缆连接至上位 机(1)，通讯模块连接至控制变桨速度的PID控制器，控制变桨速度的PID控制器连接至驱 动变桨电机动作的变频器，变频器连接至变桨电机；所述变桨电机的输出轴上设置有角度 编码器，角度编码器连接至控制变桨速度的PID控制器。
4.根据权利要求2所述的风力发电机组电动变桨距系统试验台，其特征在于所述加 载控制器包括PLC控制器和与上位机(1)进行通讯的接口模块组成；所述加载装置由双向 泵、电磁比例溢流阀、单向阀、手动泄压阀、油压传感器、油箱、滤油器和油冷却器组成，其中 双向泵连接两条油路，每条油路均依次连接手动泄压阀、单向阀、油冷却器、滤油器和油箱， 其中每条油路的手动泄压阀和单向阀共同与电磁比例溢流阀并联；在所述电磁比例溢流阀 与双向泵之间设置有连接至油冷却器的单向阀；所述手动泄压阀与双向泵之间还连接有压 力指示表，压力指示表内设置有油压传感器，油压传感器连接至加载控制器内的PLC控制 器，所述PLC控制器还连接至变桨电机内的角度编码器和加载装置内的电磁比例溢流阀； 所述双向泵通过联轴器连接至变桨电机。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的风力发电机组电动变桨距系统试验台，其特征在于 变桨电机为直流电动机或三相交流异步电动机。
6.根据权利要求5所述的风力发电机组电动变桨距系统试验台，其特征在于所述加 载系统(2)和电动变浆距系统(3)的数量在使用的时候与风机的桨叶数量一致。
专利摘要本实用新型提供一种风力发电机组电动变桨距系统试验台，它由上位机、实现桨叶驱动的电动变桨距系统和模拟风对桨叶根部转矩的加载系统构成。上位机在向电动变桨距系统发送位置控制信号的同时，向加载系统发送风力载荷信号，通过加载装置对变桨电机输出轴施加扭矩，模拟变桨过程中气流对桨叶的气动载荷，即电动变桨系统在带载状态下运行，从而使变桨系统测试更为真实可靠。
文档编号G01M15/00GK201697797SQ201020201900
公开日2011年1月5日 申请日期2010年5月25日 优先权日2010年5月25日
发明者刘颖明, 朱童, 李科, 王晓东, 王超, 谢洪放 申请人:沈阳华人风电科技有限公司