专利名称：基于工控机的风电机组并网性能测试系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于新能源并网检测系统设计及应用技术领域，尤其涉及一种基于工控机的风电机组并网性能测试系统，是一种综合多种功能的工控机和数据转换接口组成的检测装置，适用于对大型风电机组设备产业化进程中的机组并网性能测试分析。
背景技术：
目前的现状是一些风电机组生产商由于技术积累不足，投放到市场中的部分风电机组带有质量问题，给并网运行带来了严重的隐患。电力系统对电能质量的要求是非常严格的，必然要求电源运行性能达到相应的标准，更何况风电是一种波动性、间歇性电源。如果风电不满足电力系统对电能的质量要求，将会给电力系统带来很大安全问题。国家电网公司对风电机组运营商以一种规范的约束形式，明确机组的测试要求，从而保证投放到电力系统上的风电设备有高性能和高质量；然而，我国风电行业专业认证、测试机构寥寥无几，认证技术也采取国外引进、消化吸收再创新的技术路线，测试设备的可供货方更是凤毛麟角，多数为国外进口，国内重复借用的现状，并且价格不菲，因此并网测试设备的研发和本地化势在必行。目前具备风机性能测试认证资质的国内企业只有北京鉴衡认证中心、中国船级社；中国电力科学院、以及华北电力大学等一些国家、省、市级电力方面的重点实验室等还可以进行电能质量测试；对于噪声测试，郑州机械研究所可以进行传动系统的噪声监测；对于机组的环境噪声监测，由相关的质量检测、认证单位进行；对于载荷测试，目前北京鉴衡认证中心已通过引进、吸收、应用。从目前的国内发展情况来说，功率曲线测试、电能质量测试都属于电力部门或机构的业务范围，现有的测试设备可以改造升级，从而满足功能需要；噪声测试可分为声学测量和非声学测量设备，需要在原有的通用工业噪声测量仪器上进行专业化处理，方可适配；载荷测试设备为风机专用测试设备，需要专项研发。因此测试设备的研发成为我国国内风机行业共同服务平台的专项紧迫任务。
发明内容本实用新型针对上述现有技术中存在的问题，提供了一种基于工控机的风电机组并网性能测试系统。目的是有效降低风电机组并网性能测试设备的投资额度及测量周期；通过不同传感器数据转换的结合，提高测试系统可控性、便捷性。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:基于工控机的风电机组并网性能测试系统，包括外界环境测量辅助设备、工控机及数据采集器三个部分构成；外界环境测量数据辅助设备的数据输出端口输出线连接到数据采集器的数据输入端口，数据采集器输出端口连接工控机数据转换接口。所述的外界环境测量数据辅助设备包括测风塔、测风传感器、风速仪、电压传感器、电流传感器、气象传感器；测风传感器、风速仪、气象传感器均安装在测风塔上；所述气象传感器包括:包括气压传感器、湿度传感器及风向仪传感器。所述的工控机内部装有功率曲线和电能质量数据处理功能可视化软件。所述工控机内装有NI公司的虚拟仪器软件LabVIEW和Mathworks公司的Matlab软件。所述的数据采集器，根据测试项目的不同，选择性地接入不同信号传感器信号；当测试风电机组功率曲线时，数据采集器的数据输入端口直接与电压传感器、电流传感器、有功功率传感器、风速传感器、风向传感器、气压传感器及湿度传感器的数据输出端口相连；当测试风电机组电能质量时，数据采集器的数据输入端口直接与电压传感器、电流传感器的数据输出端口相连。风电机组性能相关的测试设备研发，比如功率曲线测试，采取外界环境资源测试和本机输出功率测试两个部分构成，设备和数据统计技术目前都有国外IEC相关标准可以借鉴；载荷测试设备可以依据IEC61400-13进行设备的研发和外围传感器的选型；电能质量测试可以依据IEC61400-21进行；噪声测试可以依据IEC61400-11进行；这些测试方法和数据计算处理都有相应的国外标准可以参考，技术方案的定制有行业约束标准，技术风险小，具有可行性。本实用新型测试系统通过集成不同数据处理功能的工控机，外部通过数据采集器至转换接口单元接入被测传感器；工控机系统内部装有功率曲线和电能质量数据处理软件，外部接口集成了不同种信号数据转换接口单元，能够同时对温度、气压、风速、发电机电压、电流等传感器信号进行处理，并能生成可视化曲线。本实用新型测试系统多种处理分析软件满足风电机组并网性能检测的需求，在能够有效节省测试系统投资及体积、重量、数量的前提下，可大大提高测试系统的整体性能，使其在新能源并网领域有着广阔的应用前景。本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果:本实用新型测试系统能在至少综合两种数据处理分析功能的基础上满足机组并网运行特性测试需求。不仅可方便对风电机组电能质量测试，能够进行闪变和谐波分析；同时能够对已有测风塔的风电场进行风电机组功率曲线测试，并进行分析处理和显示，具有操作简单、灵活方便、处理能力强、图形输出等优点；还能提供友好的对外数据接口，以实现测试过程稳定、高效、便捷。简化了风力发电场的测控，减少了检测设备的资金投入。有效降低风电机组并网性能测试设备的投资额度及测量周期；通过不同传感器数据转换的结合，提高测试系统可控性、便捷性，具有实用性和经济性的双重优点。下面结合本实用新型的具体实施例和附图，对本实用新型加以详细描述，但本实用新型的实施不限于此。
图1是本实用新型应用于风电机组功率曲线测试的系统示意图；图2是本实用新型应用于风电机组电能质量测试的系统示意图；图3是本实用新型测试系统输出的风电机组功率曲线散点图；图4是本实用新型测试系统输出的风电机组谐波电流柱状图。图中:温度传感器1，避雷针2，风向仪3，测斜仪4，气压传感器5，数据输入端口 6， 数据转换接口 7，风速仪8。
具体实施方式
本实用新型是一种基于工控机的风电机组并网性能测试系统，包括外界环境测量数据辅助设备、工控机及数据采集器三个部分构成。所述的外界环境测量数据辅助设备包括测风塔、测风传感器、风速仪、电压传感器、电流传感器、气象传感器；内部设备为具有不同数据转换接口的工控机。外界环境测量数据辅助设备中的测风传感器、电压传感器、电流传感器、气象传感器和风速仪的的数据输出端口输出线连接到数据采集器的数据输入端口 6，数据采集器输出端口连接工控机数据转换接口 7。测风传感器、风速仪8、气象传感器均安装在测风塔上；气象传感器包括气压传感器5、湿度传感器、风向仪传感器。工控机内部装有功率曲线和电能质量数据处理功能可视化软件。本实用新型中所述的数据采集器，可以根据测试项目的不同，选择性地接入不同信号传感器信号。当测试风电机组功率曲线时，数据采集器的数据输入端口 6直接与电压传感器、电流传感器、有功功率传感器、风速传感器、风向传感器、气压传感器5及湿度传感器的数据输出端口相连；当测试风电机组电能质量时，数据采集器的数据输入端口 6直接与电压传感器、电流传感器的数据输出端口相连。本实用新型基于工控机的风电机组并网性能测试方法是:三相电压和电流信号分别通过CT和PT风电机组输出电压和电流转换成低电压小电流模拟信号，再由多功能高速数据采集器进行每路每周波64点的高速交流同步采样、预处理，转换成数字信号，并将数据传送到工控机上进行数据处理；由工控机中的软件自动完成数据的计算分析，并在显示器上显示监测数据电压电流波形及功率波动曲线。如图1所示，在风电机组功率特性曲线整个测试中，依据国家标准《风力发电机组功率特性试验》GB/T 18451.2-2003，并参照 IEC61400-12-1 标准:1998 wind turbinegenerator systems_Partl2: wind turbine performance testing 执行。当测试风电机组功率曲线时，所述数据采集器获得所需风速、功率、气压、温度、风向、并网开关状态等数据，再将所采集的数据传送到工控机上，由工控机生成风速、功率、气压、温度、风向的IOmin平均值、最大值、最小值和标准差，并在显示器上进行显示。当测试风电机组功率曲线时，依据标准规定的精度对传感器进行选配，并确定其在机组控制系统中的布局和安装形式；数据采集器的设计和记录方式、数据传送方式、以及与外部风速风向传感器的接口方式、初步的数据筛选预处理功能设计；工控机功率曲线软件对测量数据的分析方法，包括数据回归计算、数理统计、数据分组、功率曲线散点图的绘制，年发电量的推算，机组功率容量系数的测算。所述的数据采集系统具备每个测量通道的采样速率至少为0.5Hz，采用Campbell公司生产CR1000系列数据采集系统，采样频率达到10Hz，可同时接收20路信号，完全符合标准要求。CR1000的配套软件是PC200W，通过这个软件把数据采集系统中的数据传送到工控机上，以供数据处理。每10分钟，采样30组数据。如图2所示，在风电机组电能质量测试过程中，测试系统采集风速信号以及风电机组的电压、电流和状态信号。实施时，可以将本实用新型外界环境测量辅助设备放置在风电机组测风塔筒内，测风塔内还包括数据采集系统、工控机和传感器组成。其中包括温度传感器1、避雷针2、风速仪8、风向仪3、测斜仪4，气压传感器5设在测风塔外。当测试风电机组电能质量时，三相电压和电流信号分别通过CT和PT风电机组输出电压和电流转换成低电压小电流模拟信号，再由多功能高速数据采集器进行每路每周波64点的高速交流同步采样、预处理，转换成数字信号，并将数据传送到工控机上进行数据处理；由工控机中的软件自动完成数据的计算分析，并在显示器上显示监测数据电压电流波形及功率波动曲线。当测试风电机组电能质量时，应该依据标准规定的精度对传感器进行选配，并确定其测量位置；工控机处理软件能够通过输入接口电压、电流信号进行闪变、谐波分析，并能整理及出具报告，包括60s、0.2s的连续运行有功功率、无功功率分析、6-10m/s平均风速的闪变分析、谐波分析。所述电压传感器、电流传感器将高电压和大电流转换为低电压、小电流的模拟信号，经信号采集器进行采样、预处理，转换成数字信号，同样将数据传送到工控机上，以供数据处理。所述电流互感器精度级别满足GB/T1208的要求，电压互感器精度满足GB/T1207的要求，建议这两种互感器的精度应为0.5级或更高。所述工控机内装有NI公司的虚拟仪器软件LabVIEW和Mathworks公司的Matlab软件。所述LabVIEW提供了谐波分析函数，工控机自动完成三相电压、三相电流的总谐波畸变率分析，输出基波和各次谐波的幅值。使用数据线将传感器存储数据下载到数据采集系统进行处理转换，然后通过数据接口上传至工控机即可进行计算分析，如图3是本实用新型测试系统输出标准空气密度下的风电机组功率曲线散点图；图4是本实用新型测试系统输出的风电机组谐波分析图。本实用新型按照ffiC61400-12 标准、IEC61400-21 和 GB/T 20320-2006(电能质量测量和评估方法)标准执行，是集功率曲线、电能质量测试测试设备的改进。本实用新型测量项目范围包括:功率曲线、连续有功功率、最大瞬时视在功率、无功功率、电压稳定性、谐波、闪变等。
权利要求1.基于工控机的风电机组并网性能测试系统，其特征在于:包括外界环境测量辅助设备、工控机及数据采集器三个部分构成；外界环境测量数据辅助设备的数据输出端口输出线连接到数据采集器的数据输入端口(6)，数据采集器输出端口连接工控机数据转换接口(7)。
2.根据权利要求1所述的基于工控机的风电机组并网性能测试系统，其特征在于:所述的外界环境测量数据辅助设备包括测风塔、测风传感器、风速仪、电压传感器、电流传感器、气象传感器；测风传感器、风速仪(8)、气象传感器均安装在测风塔上；所述气象传感器包括:包括气压传感器(5)、湿度传感器及风向仪传感器。
3.根据权利要求1所述的基于工控机的风电机组并网性能测试系统，其特征在于:所述工控机内装有NI公司的虚拟仪器软件LabVIEW和Mathworks公司的Matlab软件。
4.根据权利要求1所述的基于工控机的风电机组并网性能测试系统，其特征在于:所述的数据采集器，根据测试项目的不同，选择性地接入不同信号传感器信号； 当测试风电机组功率曲线时，数据采集器的数据输入端口(6)直接与电压传感器、电流传感器、有功功率传感器、风速传感器、风向传感器、气压传感器(5)及湿度传感器的数据输出端口相连； 当测试风电机组电能质量时，数据采集器的数据输入端口(6)直接与电压传感器、电流传感器的数据输出端口相连。
专利摘要本实用新型属于新能源并网检测系统设计及应用技术领域，尤其涉及一种基于工控机的风电机组并网性能测试系统。本实用新型包括外界环境测量辅助设备、工控机及数据采集器三个部分构成；外界环境测量数据辅助设备的数据输出端口输出线连接到数据采集器的数据输入端口，数据采集器输出端口连接工控机数据转换接口。本实用新型具有操作简单、灵活方便、处理能力强、图形输出等优点。简化了风力发电场的测控，投入小，降低投资额及测量周期，提高测试系统可控性、便捷性，具有实用性和经济性的双重优点。
文档编号G01R31/34GK203012104SQ20122065829
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月4日 优先权日2012年12月4日
发明者戈阳阳, 朱钰, 刘劲松, 王刚, 李天懿, 张冠峰, 孙峰, 李胜辉, 谢赐戬 申请人:辽宁省电力有限公司电力科学研究院, 东北电力科学研究院有限公司, 国家电网公司