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用导电滑环的测试方法及系统。
背景技术：
导电滑环是负责为旋转体连通、输送能源与信号的电气部件。
在风力发电机组中，导电滑环承担着整个风力发电机组的动力、控制信息和数据的传输，是连接风力发电机组的主控系统和变桨系统的非常关键部件，对于变桨系统有通讯和传输电源信号的作用，而变桨系统是整个风力发电机组电控系统的核心之一。
导电滑环是常年不间断使用的旋转部件，其电气性能直接影响风力发电机组的性能以及风力发电机组的安全性。
为了提高风力发电机组的性能以及保证风力发电机组的安全性，在导电滑环的选型过程中需要对导电滑环进行测试。
目前，对导电滑环进行电气性能测试通常采用人工测试，测试效率较低，准确性差，并且测试结果不能反映风力发电机组实际运行时导电滑环的电气性能。
技术实现要素：
本发明实施例提供一种风力发电机组用导电滑环的测试方法及系统，能够提高导电滑环电气性能测试的测试效率和准确性，以及测试结果能够反映风力发电机组实际运行时导电滑环的电气性能。
一方面，本发明实施例提供了一种风力发电机组用导电滑环的测试系统，包括：
滑环旋转平台，用于模拟待测导电滑环在实际运行时的旋转状态；
滑环可靠性测试平台，用于根据测试指令对待测导电滑环进行电气性能测试，以及生成变桨控制信号；
变桨测试平台，变桨测试平台包括负载电机和变桨电机，变桨测试平台用于根据叶轮实际运行过程的转矩变化，模拟负载信号加载至负载电机，并将负载电机作为变桨电机的负载；
变桨控制柜，用于根据变桨控制信号控制变桨电机旋转；
可编程电源，用于向待测导电滑环输送电源信号以及生成谐波影响电源信号，以干扰变桨控制信号。
另一方面，本发明实施例还提供了一种风力发电机组用导电滑环的测试方法，包括：
由滑环旋转平台模拟待测导电滑环在实际运行时的旋转状态；
由滑环可靠性测试平台根据测试指令对待测导电滑环进行电气性能测试，以及生成变桨控制信号；
由可编程电源向待测导电滑环输送电源信号以及生成谐波影响电源信号，以干扰变桨控制信号；
由变桨控制柜根据变桨控制信号控制变桨测试平台中的变桨电机旋转；
由变桨测试平台根据叶轮实际运行过程的转矩变化，模拟负载信号加载至变桨测试平台中的负载电机，并将负载电机作为变桨电机的负载。
本发明实施例的风力发电机组用导电滑环的测试方法及系统，通过模拟导电滑环在风力发电机组中的实际运行情况，自动对导电滑环的电气性能进行测试。能够提高导电滑环电气性能测试的测试效率和准确性，并且测试结果能够反映风力发电机组实际运行时导电滑环的电气性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明实施例提供的风力发电机组用导电滑环的测试系统的第一种结构示意图；
图2示出了本发明实施例提供的风力发电机组用导电滑环的测试系统的第二种结构示意图；
图3示出了本发明实施例提供的风力发电机组用导电滑环的测试系统的实际结构示意图；
图4示出了本发明实施例提供的风力发电机组用导电滑环的测试方法的第一种流程示意图；
图5示出了本发明实施例提供的风力发电机组用导电滑环的测试方法的第二种流程示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
图1示出了本发明实施例提供的风力发电机组用导电滑环的测试系统的第一种结构示意图。可以包括：滑环旋转平台101、滑环可靠性测试平台102、可编程电源103、变桨控制柜104和变桨测试平台105。
滑环旋转平台101，用于模拟待测导电滑环在实际运行时的旋转状态。
滑环可靠性测试平台102，用于根据测试指令对待测导电滑环进行电气性能测试，以及生成变桨控制信号。
可编程电源103，用于向待测导电滑环输送电源信号以及生成谐波影响电源信号，以干扰变桨控制信号。
变桨控制柜104，用于根据变桨控制信号控制变桨测试平台105中的变桨电机旋转。
变桨测试平台105，变桨测试平台105包括负载电机和变桨电机，变桨测试平台用于根据叶轮实际运行过程的转矩变化，模拟负载信号加载至负载电机，并将负载电机作为变桨电机的负载。
在本发明的一个实施例中，滑环旋转平台101包括：伺服电机，用于控制待测导电滑环的旋转速度和旋转方向，以模拟待测导电滑环在实际运行时的旋转状态。
在本发明的一个实施例中，滑环旋转平台101上安装有两个导电滑环，分别为第一导电滑环和第二导电滑环，其中，第一导电滑环和第二导电滑环背对背串联。滑环可靠性测试平台102与第一导电滑环相连。第一导电滑环分别与可编程电源103和伺服电机相连，第二导电滑环与变桨控制柜104连接。伺服电机同时控制第一导电滑环和第二导电滑环的旋转速度和旋转方向。两个导电滑环的定子固定于滑环旋转平台的静止支架上，而两个导电滑环的转子固定于滑环旋转平台的转动轮上。伺服电机通过其轴上的齿轮与滑环旋转平台的转动轮啮合，行成传动关系。当伺服电机驱动滑环旋转平台的转动轮时，导电滑环的转子也随着转动轮同步同向旋转。
在本发明的一个实施例中，滑环可靠性测试平台102可以依据上位机设置的电气性能测试参数以及发送的测试指令，对待测导电滑环进行电气性能测试。
在本发明的一个实施例中，电气性能可以包括以下各项中的一种或多种：绝缘、耐压、静态电阻和动态电阻。而且可以设置电气性测试的相关要求：静态电阻测试上下限，动态电阻测试时间、范围、采样频率，绝缘电阻测试模式、时间、标准，耐压测试模型、时间和漏电流标准以及滑环通道编号等等。
滑环可靠性测试平台102，可以包括：绝缘测试单元、耐压漏电流测试单元、静态电阻测试单元、动态电阻测试单元和主控制器。其中，绝缘测试单元，用于根据测试指令对待测导电滑环进行绝缘测试；耐压漏电流测试单元，用于根据测试指令对待测导电滑环进行耐压测试；静态电阻测试单元，用于根据测试指令对待测导电滑环进行静态电阻测试；动态电阻测试单元，用于根据测试指令对待测导电滑环进行动态电阻测试；主控制器，用于生成变桨控制信号。
其中，绝缘测试是检测待测导电滑环的绝缘值；耐压测试是检测待测导电滑环的耐压值；静态电阻测试是检测待测导电滑环单个通路上的总电阻；动态电阻检测是检测待测导电滑环在运转过程中单个通路上回路电阻的波动值。
对于耐压漏电流测试，耐压漏电流测试单元配备可程控交流高压源，接收嵌入式微处理器的指令，分析并按照指令执行耐压强度测试，在总线上施加交流高压源信号，该交流高压源信号通过通道板上高压继电器切换到不同的测试回路，实现对待测导电滑环的耐压强度测试。
对于静态电阻测试，静态电阻测试单元接收上位机的指令，分析并按照指令执行静态电阻测试，在总线上施加直流恒流源信号，该直流恒流源信号通过通道板上的高压继电器切换到不同的测试回路，实现对待测导电滑环内部每根导线的静态电阻测试。
对于动态电阻测试，下位控制电路不断给上位机传输电阻测试数据，上位机将传回的电阻数据描绘成曲线，记录其中电阻最大值、电阻最小值和两个差值，实现对待测导电滑环在运转过程中单个通路上回路电阻的波动值。
在本发明的一个实施例中，对于静态电阻测试和动态电阻测试，可以采用高稳定可程控高压源，电压调节范围为直流电50伏至1000伏，电阻测试范围为1兆欧至10吉欧，兼顾过流保护和过压保护，同时在信号处理阶段，采用高精度低温漂运算放大器，所采用的单片机内置12位高分辨率模数转换功能，提高电阻测试的精度。
在本发明的一个实施例中，对于耐压漏电流测试，可以采用高稳定可程控高压源，电压调节范围为交流电50伏至1000伏，漏电流测试范围为1微安至5毫安，兼顾过流保护和过压保护，同时在信号处理阶段，采用高精度低温漂运算放大器，所采用的单片机内置12位高分辨率模数转换功能，提高耐压测试的精度。其中，低温漂运算放大器的失调电压小且不随温度的变化而变化。
在本发明的一个实施例中，变桨控制信号可以包括：顺桨控制信号、停桨控制信号和桨距角调节信号等。
在本发明的一个实施例中，滑环可靠性测试平台102还可以输出电气性能测试数据。
在本发明的一个实施例中，可以将测试数据以表格形式输出。
在本发明的一个实施例中，变桨控制柜104，还可以用于采集变桨电机的旋转状态。
在本发明的一个实施例中，可编程电源103可以通过对电源三相线注入不同阶次的谐波来影响电源信号，以干扰变桨控制信号。
本发明实施例的风力发电机组用导电滑环的测试系统，通过模拟导电滑环在风力发电机组中的实际运行情况，自动对导电滑环的电气性能和进行测试。能够提高导电滑环电气性能测试的测试效率和准确性，并且测试结果能够反映风力发电机组实际运行时导电滑环的电气性能。测试结果更加有利于导电滑环的设计和选型。
在本发明的一个实施例中，本发明实施例的风力发电机组用导电滑环的测试系统还可以包括：通讯监测设备。如图2所示，图2示出了本发明实施例提供的风力发电机组用导电滑环的测试系统的第二种结构示意图。本发明图2所示实施例在图1所示实施例的基础上，增加通讯监测设备106。其中，通讯监测设备106连接于滑环可靠性测试平台102和待测导电滑环之间的通讯链路，用于测试待测导电滑环的通讯可靠性。其中，待测导电滑环安装在滑环旋转平台101上。
在本发明的一个实施例中，通讯监测设备106可以包括：基金会现场总线(fieldbusfoundation，ff)监控单元，和/或，基于过程现场总线profibus的监控单元。
ff监控单元，可以实时在线监测低速现场总线h1物理层并且通过以太网将监测数据发送给上位机，通过一个web浏览器就可以检查连接设备的信号质量。ff监控单元可以检测通讯链路的滑环可靠性测试平台中的主控制器和变桨控制柜中的控制模块的实时电压柱形图和波形图并显示其电压值。当检测到滑环可靠性测试平台中的主控制器和变桨控制柜中的控制模块的电压不小于预设电压值时，判断通讯电压正常，且监控到对应的电压波形图，如果电压波形图符合方波形状，且仅有微小尖峰或无尖峰视为通讯正常，则判断待测导电滑环的通讯可靠性较好。
基于profibus的监控单元，能够通过分散边缘(decentralizedperiphery，dp)网路中预留的编程设备(programmingdevice，pg)诊断接口可以对网络进行全面的检测。检测范围从物理层信号电压、信号波形，到通讯报文、拓扑结构、通讯质量的检测，以及网络的整体健康指数评估，可以提供全面的数据评估报告。示例性的，当检测到通讯质量大于预设值时，判定通讯质量正常即判定通讯可靠性较好；且可以检测dp通讯链路的通讯报文，根据通讯报文周期，通过检测在通讯报文周期内通信报文是否发生丢失，判断通讯可靠性。
在本发明的一个实施例中，通讯监测设备106还可以输出通讯可靠性测试数据。
本发明实施例的风力发电机组用导电滑环的测试系统，通过模拟导电滑环在风力发电机组中的实际运行情况，能够对导电滑环的通讯可靠性进行测试，并且测试结果能够反映风力发电机组实际运行时导电滑环的通讯可靠性。测试结果更加有利于导电滑环的设计和选型。
图3示出了本发明实施例提供的风力发电机组用导电滑环的测试系统的实际结构示意图。其中，风力发电机组用导电滑环的测试系统包括：上位机、滑环可靠性测试平台、可编程电源、第一导电滑环、第二导电滑环、伺服电机、滑环旋转平台、变桨控制柜、变桨电机m1、转矩测量仪、负载电机m2、负载控制系统、combricks模块和profitrace模块。
滑环可靠性测试平台包括：plc-twincat主控制器和测试系统。其中，plc-twincat是为可编程逻辑控制器(programmablelogiccontroller，plc)设计的一种完整的开发环境，plc-twincat主控制器是基于上述开发环境的控制器，用于对导电滑环进行电气性能测试；测试系统用于生成变桨控制信号。
第一导电滑环、第二导电滑环和伺服电机安装在滑环旋转平台。第一导电滑环和第二导电滑环背对背串联。伺服电机同时控制第一导电滑环和第二导电滑环的旋转速度和旋转方向。两个导电滑环的定子固定于滑环旋转平台的静止支架上，而两个导电滑环的转子固定于滑环旋转平台的转动轮上。伺服电机通过其轴上的齿轮与滑环旋转平台的转动轮啮合，行成传动关系。当伺服电机驱动滑环旋转平台的转动轮时，导电滑环的转子也随着转动轮同步同向旋转。
上位机设置电气性能测试参数，在设置电气性能测试参数后，向滑环可靠性测试平台发送测试指令。
滑环可靠性测试平台在接收到该测试指令后，滑环可靠性测试平台中的测试系统依据测试指令，对待测导电滑环进行电气性能测试；滑环可靠性测试平台中的plc-twincat主控制器依据测试指令，生成变桨控制信号。并将生成的变桨控制信号通过两个导电滑环发送给变桨控制柜。
可编程电源向第一导电滑环输送电源信号并生成谐波影响电源信号，来干扰变桨控制信号。
变桨控制柜的plc-twincat控制模块在接收到变桨控制信号后，根据变桨控制信号控制变桨电机旋转。
负载控制系统通过转矩测量仪来测量变桨电机的转矩变化，根据转矩变化控制负载电机的旋转。负载电机作为变桨电机的负载。
combricks模块和profitrace模块连接于滑环可靠性测试平台和第一导电滑环之间的通讯链路，来测试导电滑环的通讯可靠性。
其中，combricks是过程现场总线(profibus)和新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准(profinet)的模块化中继平台，集成了诊断和监控功能，包括网关、耦合器、远程i/o等多种类型，可以长期监测现场总线系统，并且当有故障出现或者达到某些限定值的时候还可以发送警报提醒。
profitrace模块是用于profibus现场总线的诊断分析的工具包。
上位机通过web浏览器读取combricks模块读取滑环可靠性测试平台中的plc-twincat主控制器和变桨控制柜中的plc-twincat控制模块的实时电压柱形图和波形图并显示其电压值，依据电压波形图和电压值，来测试导电滑环的通讯可靠性。
上位机通过profitrace模块的配套软件来检测通讯链路的通讯质量和通讯报文。当检测到通讯质量大于预设值时，判定通讯质量正常即判定通讯可靠性较好；或者根据通讯报文周期，通过检测在通讯报文周期内通信报文是否发生丢失，判断通讯可靠性。
图4示出了本发明实施例提供的风力发电机组用导电滑环的测试方法的第一种流程示意图。可以包括：
s401：由滑环旋转平台模拟待测导电滑环在实际运行时的旋转状态。
s402：由滑环可靠性测试平台根据测试指令对待测导电滑环进行电气性能测试，以及生成变桨控制信号。
s403：由可编程电源向待测导电滑环输送电源信号以及生成谐波影响电源信号，以干扰变桨控制信号。
s404：由变桨控制柜根据变桨控制信号控制变桨测试平台中的变桨电机旋转。
s405：由变桨测试平台根据叶轮实际运行过程的转矩变化，模拟负载信号加载至变桨测试平台中的负载电机，将负载电机作为变桨电机的负载。
在本发明的一个实施例中，由滑环旋转平台模拟待测导电滑环在实际运行时的旋转状态，可以包括：由滑环旋转平台包括的伺服电机控制待测导电滑环的旋转速度和旋转方向，以模拟待测导电滑环在实际运行时的旋转状态。
在本发明的一个实施例中，上述电气性能包括以下各项中的一种或多种：绝缘、耐压、静态电阻和动态电阻。
在本发明的一个实施例中，由变桨测试平台根据叶轮实际运行过程的转矩变化，模拟负载信号加载至变桨测试平台中的负载电机，可以包括：由变桨测试平台包括的负载控制系统，根据叶轮实际运行过程的转矩变化，控制负载电机的旋转，以模拟负载信号加载至负载电机。
本发明实施例的风力发电机组用导电滑环的测试方法，通过模拟导电滑环在风力发电机组中的实际运行情况，自动对导电滑环的电气性能和进行测试。能够提高导电滑环电气性能测试的测试效率和准确性，并且测试结果能够反映风力发电机组实际运行时导电滑环的电气性能。测试结果更加有利于导电滑环的设计和选型。
图5示出了本发明实施例提供的风力发电机组用导电滑环的测试方法的第二种流程示意图。本发明图5所示实施例在图4所示实施例的基础上，增加s406：由通讯监测设备测试待测导电滑环的通讯可靠性。
本发明实施例的风力发电机组用导电滑环的测试方法，通过模拟导电滑环在风力发电机组中的实际运行情况，能够对导电滑环的通讯可靠性进行测试，并且测试结果能够反映风力发电机组实际运行时导电滑环的通讯可靠性。测试结果更加有利于导电滑环的设计和选型。
对于方法实施例而言，由于其基本相似于系统实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见系统实施例的部分说明即可。
需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。
以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(asic)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、rom、闪存、可擦除rom(erom)、软盘、cd-rom、光盘、硬盘、光纤介质、射频(rf)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。
还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。