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        一種風(fēng)力發(fā)電主控系統(tǒng)與電動變槳系統(tǒng)的測試平臺

        2016-04-25 00:46:28王帥趙耀
        中國科技博覽 2016年14期
        關(guān)鍵詞:技術(shù)方案實施措施風(fēng)力發(fā)電

        王帥 趙耀

        [摘 要]本實用新型提供一種風(fēng)力發(fā)電機組主控系統(tǒng)與電動變槳距系統(tǒng)試驗臺,它由上位機、實現(xiàn)槳葉驅(qū)動的電動變槳距系統(tǒng)和模擬風(fēng)對槳葉根部轉(zhuǎn)矩的加載系統(tǒng)、主控系統(tǒng)和驅(qū)動鏈仿真系統(tǒng)構(gòu)成。上位機通過試驗臺控制PLC向主控系統(tǒng)發(fā)送滿足風(fēng)機運行的風(fēng)速風(fēng)向等信號的同時,向加載系統(tǒng)發(fā)送風(fēng)力載荷信號,通過加載裝置對變槳電機輸出軸施加扭矩,模擬變槳過程中氣流對槳葉的氣動載荷,即電動變槳系統(tǒng)在帶載狀態(tài)下運行,從而使主控系統(tǒng)能與變槳系統(tǒng)實現(xiàn)動態(tài)聯(lián)調(diào),閉環(huán)控制,測試更為真實可靠。

        [關(guān)鍵詞]風(fēng)力發(fā)電,技術(shù)方案,實施措施

        中圖分類號:TM921.541 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1009-914X(2016)14-0259-01

        1 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)方案

        1.1技術(shù)領(lǐng)域

        本實用新型提供一種應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的測試平臺,尤其是涉及一種測試主控系統(tǒng)與變槳系統(tǒng)的整體性能的試驗臺,屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。

        1.2背景技術(shù)

        變槳距機構(gòu)就是在額定風(fēng)速以上,根據(jù)風(fēng)速的變化隨時調(diào)節(jié)槳距角,控制吸收的風(fēng)能,一方面保證獲得最大的能量,另一方面減少風(fēng)力對風(fēng)機的沖擊。變槳距控制與變速恒頻控制相結(jié)合,最終提高了整個風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率和電能質(zhì)量。

        鑒于變槳系統(tǒng)在風(fēng)電機組運行及安全性能方面占據(jù)如此重要的地位,而且在實際運行中,基本上所有的命令都是由風(fēng)電機組主控系統(tǒng)來給出。所以單獨對變槳系統(tǒng)進行測試,并不能完全反應(yīng)變槳系統(tǒng)的好壞,所以必須模擬現(xiàn)場運行情況,主控系統(tǒng)與變槳系統(tǒng)協(xié)作運行并完成所有測試項目。

        但是,目前國內(nèi)開發(fā)和設(shè)計電動變槳距系統(tǒng)和主控系統(tǒng)沒有一套完善的場內(nèi)聯(lián)調(diào)試驗方法,通常需要在風(fēng)機整體吊裝完畢后,才能進行完整的測試,這樣就給設(shè)備維護和系統(tǒng)改善帶來了諸多不便,整機運行過程中很多故障不能提前暴露出來,同時這樣的現(xiàn)場測試也會給機組整體安全性造成威脅。

        1.3技術(shù)方案內(nèi)容

        上位機發(fā)出開始測試指令,下載參數(shù)到驅(qū)動鏈仿真PLC,由PLC做出模型運算,一方面把實時的風(fēng)速,風(fēng)向值發(fā)送給被測主控系統(tǒng),另一方面把計算出來的槳葉根扭矩值發(fā)送給負載控制系統(tǒng);這時,主控系統(tǒng)檢測到運行參數(shù)正常,就會計算出開槳速度以及槳距角,發(fā)送開槳命令,通過CAN通訊傳送至被測變槳系統(tǒng);計算出電機扭矩值,發(fā)送到負載控制系統(tǒng),負載控制系統(tǒng)做出相應(yīng),通過伺服控制加載電機,使其加載扭矩值滿足條件。此時,變槳電機與加載電機就形成了對托狀態(tài),加載電機把模擬槳葉運動時的力矩施加到了變槳電機。電機運動中,加載電機把實際扭矩值反饋給試驗臺控制系統(tǒng),參與程序計算;電機的轉(zhuǎn)速實際值會通過負載控制系統(tǒng)反饋給試驗臺控制系統(tǒng),方便于實驗人員實時監(jiān)測。變槳角度實際值、變槳速度實際值都會以內(nèi)部CAN總線的方式最終上傳至上位機界面。

        2 具體實施方式

        如圖1所示

        本實用新型主要包括以下部分:

        ①加載電機

        通過試驗臺控制塊給定實際運行工況下加到槳葉根部的載荷,包括恒值載荷和交變載荷,從而使加載電機提供模擬實際運行過程中的負載力矩。

        ②負載控制系統(tǒng)

        與外部系統(tǒng)(風(fēng)機主控制系統(tǒng)、試驗臺控制系統(tǒng))進行通訊;根據(jù)外部信號,控制加載電機的轉(zhuǎn)矩;同時給加載電機提供電源。

        ③風(fēng)機主控系統(tǒng)

        作為被測設(shè)備,運行風(fēng)機控制程序,根據(jù)給定的風(fēng)速、風(fēng)向和發(fā)電機轉(zhuǎn)速,計算變槳角度、速度;并給變槳系統(tǒng)發(fā)送槳葉角度、槳葉速度值;同時采集變槳系統(tǒng)槳葉速度、槳葉角度信號;

        ④驅(qū)動鏈仿真系統(tǒng)

        由PLC作為主控制器,模擬風(fēng)的空氣動力學(xué)和傳動特性,能夠根據(jù)當(dāng)前的節(jié)距角實際值和上位機設(shè)定的工況(在BLEDED仿真軟件中)進行仿真計算,主要輸出參數(shù)包括:發(fā)電機轉(zhuǎn)速、發(fā)電機功率、葉根的載荷(包括空氣載荷、摩擦載荷、重力載荷和慣性載荷等)。風(fēng)電機組模型能夠根據(jù)不同的機組類型進行參數(shù)化配置,以適應(yīng)不同變槳系統(tǒng)測試的要求。發(fā)送載荷數(shù)據(jù)給負載控制系統(tǒng); 試驗臺控制系統(tǒng)接收負載控制系統(tǒng)發(fā)送過來的編碼器信號;驅(qū)動鏈仿真系統(tǒng)與試驗臺控制系統(tǒng)運行在同一個PLC中,通過內(nèi)部實時通訊,協(xié)調(diào)控制。

        ⑤試驗臺控制系統(tǒng)

        接收上位機信號,控制整個系統(tǒng)總體邏輯,提供必要的安全保護;配合驅(qū)動鏈仿真系統(tǒng)實現(xiàn)對主控系統(tǒng)的信號給定,以及給加載控制系統(tǒng)發(fā)送加載電機轉(zhuǎn)矩值、轉(zhuǎn)速值,同時采集加載控制系統(tǒng)電機實際轉(zhuǎn)速值、實際轉(zhuǎn)矩值。

        ⑥上位機控制系統(tǒng)

        與各部分進行通訊,提供人機界面;用戶可在人機界面上設(shè)置參數(shù)、啟動、停止各子系統(tǒng);

        ⑦變槳電機

        實際待測試的變槳電機;

        ⑧變槳控制系統(tǒng)

        控制變槳電機、變槳電池;與風(fēng)機主控制系統(tǒng)、試驗臺控制系統(tǒng)通訊;

        3 主控系統(tǒng)與電動變槳測試平臺的運行

        主控系統(tǒng)與電動變槳測試平臺是按照如下所述運行的,上位機發(fā)出開始測試指令,下載參數(shù)到驅(qū)動鏈仿真PLC,由PLC做出模型運算,一方面把實時的風(fēng)速,風(fēng)向值發(fā)送給被測主控系統(tǒng),另一方面把計算出來的槳葉根扭矩值發(fā)送給負載控制系統(tǒng);這時,主控系統(tǒng)檢測到運行參數(shù)正常,就會計算出開槳速度以及槳距角,發(fā)送開槳命令,通過CAN通訊傳送至被測變槳系統(tǒng);計算出電機扭矩值,發(fā)送到負載控制系統(tǒng),負載控制系統(tǒng)做出相應(yīng),通過伺服控制加載電機,使其加載扭矩值滿足條件。此時,變槳電機與加載電機就形成了對托狀態(tài),加載電機把模擬槳葉運動時的力矩施加到了變槳電機。電機運動中,加載電機把實際扭矩值反饋給試驗臺控制系統(tǒng),參與程序計算;電機的轉(zhuǎn)速實際值會通過負載控制系統(tǒng)反饋給試驗臺控制系統(tǒng),方便于實驗人員實時監(jiān)測。變槳角度實際值、變槳速度實際值都會以內(nèi)部CAN總線的方式最終上傳至上位機界面。綜上所述,測試人員能夠在上位機監(jiān)測整體系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)變化,通過對比設(shè)定值、實際值、扭矩值的變化過程,可以全面了解變槳系統(tǒng)性能。

        通過上述方式,主控系統(tǒng)與變槳系統(tǒng)分別形成了閉環(huán),協(xié)調(diào)控制。測試人員能根據(jù)現(xiàn)場不同的工況輸入不同的模型,對主控和變槳進行多方面的性能測試,從此提高了工廠內(nèi)的測試水平和產(chǎn)品的適應(yīng)能力。

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