风力发电机组变流器的测试系统的制作方法

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风力发电机组变流器的测试系统。

背景技术：

在风力发电系统中，风力发电机组变流器(简称“变流器”)是风力发电机组的核心部件之一，其控制器板及驱动板又是变流器的重要部分之一，二者的可靠性直接影响着风机的运行状况及发电量，如果控制器板及驱动板的故障能够得到预测及预警，可靠性能够得到提高，这样便能在很大程度上提升机组运行的稳定性并避免出现因控制器板及驱动板故障而导致变流器甚至是整个风力发电机组出现重大事故的可能。

由于风力发电机组是一个集多学科的高度机电一体化产品，其各个部件以及子系统之间都存在着比较复杂的相互联系，通过变流系统以及各种传感器所采集到的大量数据包含着诸多部件及子系统之间的关系，目前对于改善风机运行状况以及变流器控制器板、驱动板可靠性的提升还需进行更加深入的研究。

技术实现要素：

本发明的实施例提供一种风力发电机组变流器的测试系统，以实现对变流器进行可靠性测试。

为达到上述目的，本发明实施例提供的风力发电机组变流器的测试系统，包括：待测的风力发电机组变流器的驱动板、控制器板以及与所述控制器板连接的供电电源；所述测试系统还包括信号产生装置以及多种测试条件箱；所述信号产生装置与所述驱动板的信号采集端连接，用于模拟产生驱动信号并发送至所述驱动板，所述驱动板与所述控制器板连接；所述驱动板、所述控制器板以及所述供电电源中至少一项在测试过程中被置于所述测试条件箱中。

如上所述的测试系统中，所述信号产生装置包括：直流信号产生模块和交流信号产生模块，所述直流信号产生模块用于模拟电压传感器、 电流传感器在二次侧的直流输出值，所述交流信号产生模块用于模拟电压传感器、电流传感器在二次侧的交流输出值。

如上所述的测试系统中，所述信号产生装置还包括：温度信号产生模块，用于模拟温度传感器采集igbt模块温度在二次侧的输出值。

如上所述的测试系统中，所述测试系统还包括：测试数据监测装置，所述测试数据监测装置与所述控制器板连接，用于监测并显示所述控制器板从所述驱动板接收的信号数据。

如上所述的测试系统中，所述信号数据包括：直流电压、直流电流信号；交流电压、交流电流信号；温度信号以及所述驱动板的故障信号。

如上所述的测试系统中，所述测试系统还包括：波形显示装置，所述波形显示装置与所述驱动板连接，用于显示所述驱动板从所述控制器板接收的脉宽调制pwm控制信号。

如上所述的测试系统中，所述多种测试条件箱包括：分别针对待测的所述驱动板、所述控制器板以及所述供电电源的测试条件箱。

如上所述的测试系统中，针对所述驱动板的测试条件箱包括具有如下试验条件中的任意一种的测试箱：低温步进试验，高温步进试验，快速温变试验，振动步进试验，振动及快速温变组合试验，高压蒸煮试验。

如上所述的测试系统中，针对所述控制器板的测试条件箱包括具有如下试验条件中的任意一种的测试箱：高低温运行极限试验，快速温变试验，步进振动试验，快速温变及步进振动组合试验，加速温湿度及偏压试验，高压蒸煮试验，快速温变及电压拉偏组合试验，静电、快速脉冲群试验，吹沙试验。

如上所述的测试系统中，针对所述供电电源的测试条件箱包括具有如下试验条件中的任意一种的测试箱：步进振动试验，高低温步进试验，快速温变试验，快速温变及步进振动组合试验。

本发明的实施例提供的风力发电机组变流器的测试系统，在还原风力发电机组变流器正常工况下，通过信号产生装置产生驱动板所需的输入信号，同时，将驱动板、控制器板以及向控制器板供电的供电电源中至少一项置于测试条件箱中，从而测试风力发电机组变流器的可靠性。

附图说明

图1为本发明提供的风力发电机组变流器的测试系统实施例的结构图一；

图2为本发明提供的风力发电机组变流器的测试系统中信号产生装置的结构图；

图3为本发明提供的风力发电机组变流器的测试系统实施例的结构图二。

附图标号说明：

1-驱动板；2-控制器板；3-供电电源；4-信号产生装置；41-直流信号产生模块；42-交流信号产生模块；43-温度信号产生模块；5-测试数据监测装置；6-波形显示装置。

具体实施方式；

本发明的实施例，将正常工况下的风力发电机组变流器的驱动板、控制器板以及向控制器板供电的供电电源中至少一项置于测试条件箱中，从而测试风力发电机组变流器的可靠性。

图1为本发明提供的风力发电机组变流器的测试系统第一实施例的结构图，如图1所示，该测试系统包括：待测的风力发电机组变流器的驱动板1、控制器板2以及与控制器板2连接的供电电源3；该测试系统还包括信号产生装置4以及多种测试条件箱；信号产生装置4与驱动板1的信号采集端连接，用于模拟产生驱动信号并发送至驱动板1，驱动板1与所述控制器板2连接；驱动板1、控制器板2以及供电电源3中至少一项在测试过程中被置于测试条件箱中。

其中，信号产生装置4可以模拟电压传感器、电流传感器以及温度传感器在二次侧的输出值并输入至驱动板1，包括：直流电信号、交流电信号以及温度信号。具体地，如图2所示，该信号产生装置4可包括：直流信号产生模块41、交流信号产生模块42以及温度信号产生模块43。

其中，直流信号产生模块41用于模拟电压传感器、电流传感器在二次侧的直流输出值，例如模拟电压传感器采集1053v电压值，即电压传感器一次侧采集1053v直流电压，对应二次侧输出的就是3.7v直流电压(直流信号产生模块41输入至驱动板1的信号采集端的直流电压)。 交流信号产生模块42用于模拟电压传感器、电流传感器在二次侧的交流输出值，并输入给驱动板1。例如，电压传感器变比一次侧±1000v对应二次侧±3.5v精度1％。电流传感器一次侧±1000a±4v。温度信号产生模块43用于模拟温度传感器采集igbt模块温度在二次侧的输出值，例如模拟温度传感器100℃对应电阻100欧。

驱动板1的信号采样端采集到信号产生装置4输出的直流电压、三相电流iu\iv\iw值和igbt功率模块温度值后，对直流电压、三相电流iu\iv\iw值进行信号滤波、运算放大等处理后转换为符合控制器板2的信号采集接口要求的电压信号，例如，图1中所示的直流母排电压的转换电压、三相交流电流的转换电流、6路温度采集信号以及驱动板1的故障信号。

控制器板2对该电压信号通过信号滤波、调理、ad转换和运算，获得其对应的直流母线电压值，然后根据电压值的大小和预置算法要求，产生相应的脉宽调制pwm控制信号，传递给驱动板1。

驱动板1根据控制器板2输入的pwm控制信号，经过运放调理，产生igbt功率模块的驱动信号。

以上简单阐述了风力发电机组变流器的测试系统还原变流器工况的过程。本实施例在还原变流器工况的基础上，将驱动板1、控制器板2以及供电电源3中至少一项在测试过程中置于测试条件箱中。每种测试条件箱内对应搭建了一种测试条件的环境。以下将针对驱动板1、控制器板2以及供电电源3的测试条件箱及其对应测试过程分别进行详细说明。

针对驱动板1的测试条件箱包括具有如下试验条件中的任意一种的测试箱：低温步进试验，高温步进试验，快速温变试验，振动步进试验，振动及快速温变组合试验，高压蒸煮试验。其中：

低温步进试验，试验条件如下：低温从-30℃到-70℃，步进台阶-10℃，到-60℃后步进台阶-5℃，每个台阶保持10分钟。

高温步进试验，试验条件如下：高温从80℃到120℃，步进台阶+10℃，到110℃后步进台阶+5℃，每个台阶保持10分钟。

快速温变试验，试验条件如下：a)温度变化曲线起始温度为室温，低温-65℃，高温115℃，高低温保温3min，温变速率为60℃/min；b) 试验时间为五个温变周期；c)运行条件：五个周期内，通电运行，施加标准工作电源24v；d)测试要求：在高低温保温结束时测试；e)试验结束条件：出现故障；五个周期结束。

振动步进试验，试验条件如下：a)6自由度振动；b)步进振动参数初始值为5grm，步进台阶为5grms，保持时间15min；c)运行条件：通电运行，施加标准工作电源24v；d)测试要求：≤25g时，在每个步进台阶保持时间结束后进行测试；在＞25g后，除在每个步进台阶上测试一次，还需回到5grms进行测试；e)试验结束条件(两者之一)：出现故障或者达到设备振动极限(60grms)。

振动及快速温变组合试验，试验条件如下：a)快速温变为五个周期；b)步进振动起始振动5g，与低温第一个周期低温-65℃同时开始；c)最高振动加速度以步进振动结果为准；d)振动步进台阶数＝(工作极限或破坏极限-5)/4；e)每个振动步进值对应一个温度循环。

高压蒸煮试验，试验条件：130℃、100％rh相当于2.7个大气压、不通电、试验时长2.5h。

针对控制器板2的测试条件箱包括具有如下试验条件中的任意一种的测试箱：高低温运行极限试验，快速温变试验，步进振动试验，快速温变及步进振动组合试验，加速温湿度及偏压试验，高压蒸煮试验，快速温变及电压拉偏组合试验，静电、快速脉冲群试验，吹沙试验。其中：

高低温运行极限试验，初始环境温度20℃，相对湿度22％；

①低温步进试验-低温运行下限测试方案：起始温度为-30℃，低温试验初期，样品不上电，待温度达到稳定后开始工作，并进行性能指标测试，温度步进值为-10℃，从-40℃开始步进值改为-5℃，每阶段保温20min后进行功能测试，保证测试样品温度充分冷却，观察变流器控制器在各阶段的工作状态，并进行详细记录，确定变流控制器的低温工作极限及低温破坏限；

②高温步进试验-高温运行上限测试方案：起始温度为80℃，低温试验初期，样品不上电，待温度达到稳定后开始工作，并进行性能指标测试，温度步进值为5℃，每阶段保温20min后进行功能测试，保证测试样品温度达到测试温度，观察变流器控制器在各阶段的工作状态，并 进行详细记录，确定变流控制器的低温工作极限及低温破坏限。

快速温变试验，起始温度为室温，低温为-65℃，高温为130℃，高低温保温3min，温变速率为60℃/min，试验时间为5个温变周期，五个周期内，通电运行，施加标准工作电源24v，在高低温保温结束时测试，当出现故障或5个周期结束时试验结束。

步进振动试验，步进振动初始值为5grm，步进台阶为5grms，保持时间15min，6自由度振动，通电运行，施加标准工作电源24v，当≤25g时，每个步进台阶保持时间结束后进行测试，＞25g在达到后，除在每个步进台阶上测试一次，还需回到5grms进行测试，当出现故障或达到设备振动极限(60grms)时试验结束。

快速温变及步进振动组合试验，快速温变为5个周期，与快速温变试验条件相同，步进振动起始振动5g，与低温第一个周期低温-65℃同时开始，最高振动加速度以步进振动结果为准；振动步进台阶数＝(工作极限或破坏极限-5)/4，每个步进值对应一个温度循环，每个振动步进值对应一个温度循环；由于测试线缆在快速温变试验中性能减弱，为防止接线在此项试验故障，因此在实际试验中，样品通电，但未加负载电压，观察各信号灯是否点亮来判断功能是否失效，完成五个温度循环后，测试性能参数。

加速温湿度及偏压试验，温度85℃，湿度85％，时间240h，在上午8:00和下午4:00(或一天内，每隔8小时)，各施加一次拉偏电压，高压36v，低压16v，其余时间为24v标准电源，电压拉偏时测试，当出现故障或测试达到240小时时试验结束。

高压蒸煮试验，130℃、100％rh相当于2.7个大气压、不通电、试验时长2.5h。

快速温变及电压拉偏组合试验，快速温变为5个周期，与快速温变试验条件相同，起始电压为24v，与第一周期低温同时开始，拉偏电压最低为16v，最高为36v，保证在一个温度瞬变周期内，施加一次电压拉偏，当出故障时，试验结束。

静电、快速脉冲群试验，静电放电抗扰度：严酷度等级3级(待定)(试验台能力最大30000v)，在电源和信号接线端子的外壳上接触放电试验，电快速瞬变脉冲群测试：严酷度等级3级(待定)(试验 台能力最大4000v)，在电源和信号接线端子都进行。

吹沙试验，砂直径为150～850μm的新的石英砂，砂浓度为2.2±0.5g/m3，风速为18～29m/s，两个易损面各吹沙90分钟，温度为60℃±2℃，每30分钟各施加一次拉偏电压，高压35v，低压18v，其余时间为24v标准电源，当出现故障或试验时间已到两面各90分钟时试验结束。

针对供电电源3的测试条件箱包括具有如下试验条件中的任意一种的测试箱：步进振动试验，高低温步进试验，快速温变试验，快速温变及步进振动组合试验。其中：

步进振动试验，步进振动参数：初始值为5grm；步进台阶为5grms；保持时间15min。

高低温步进试验，低温从-30℃到-70℃，步进台阶-10℃，到-60℃后步进台阶-5℃，每个台阶保持10分钟，高温从80℃到120℃，步进台阶+10℃，到110℃后步进台阶+5℃，每个台阶保持10分钟。

快速温变试验，起始温度：室温；低温-65℃；高温115℃；高低温保温3min，温变速率为60℃/min。

快速温变及步进振动组合试验，上升和下降温变速率为60℃/min，最高温和最低温保持3min，在最高温和最低温结束时测试，初始加速度为5g，起振时间以第一个温度周期最低温度为准，最高加速度以步进振动试验结果为准，振动步进台阶数＝(工作极限或破坏极限-5)/4，每个振动步进值对应一个温度循环。

以上介绍完毕所有测试条件箱的测试过程。

本领域技术人员可在执行上述任一测试条件下针对风力发电机组变流器的测试过程中，记录变流器的测试数据，并进行后期分析，评价变流器的可靠性。

进一步地，如图3所示，为了便于对变流器测试过程中的数据进行观测，本实施示出的风力发电机组变流器的测试系统中，还包括：测试数据监测装置5，该测试数据监测装置5与控制器板2连接，用于监测并显示控制器板2从驱动板1接收的信号数据，

其中，所述的信号数据可包括：直流电压、电流信号，交流电压、电流信号，温度信号以及驱动板1的故障信号。如，对3.7v直流电压转 换后的直流电压(1053v左右的直流电压显示结果)、三相交流电流的转换结果、驱动板出现故障后上传的故障信息。

进一步地，如图3所示，上述测试系统还可包括：波形显示装置6，该波形显示装置6与驱动板1连接，用于显示驱动板1从控制器板2接收的脉宽调制pwm控制信号。

本发明实施例提供的风力发电机组变流器的测试系统，在搭建还原风力发电机组变流器的正常工况环境后，将变流器的驱动板、控制器板以及向控制器板供电的供电电源中至少一项在测试过程中置于测试条件箱中，从而检测变流器的可靠性。

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。