本實(shí)用新型涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)型式試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域,特別是涉及一種大功率永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)型式試驗(yàn)系統(tǒng)。
背景技術(shù):
隨著自然環(huán)境的持續(xù)惡化以及傳統(tǒng)能源礦產(chǎn)的不斷消耗,潔凈可再生新能源的開發(fā)和利用越來越受到國(guó)家和企業(yè)重視。風(fēng)能作為最早被人類利用的新能源之一,對(duì)解決生產(chǎn)和生活能源問題有著十分重要的意義,而風(fēng)力發(fā)電機(jī)是將自然界風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀蝗祟惱秒娔艿淖钪苯佑行侄?。近年來隨著風(fēng)電行業(yè)的不斷發(fā)展,采用風(fēng)輪直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的大功率永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)以其低轉(zhuǎn)速、高功率、高效率等優(yōu)點(diǎn)得到了市場(chǎng)的廣泛青睞。為了保證風(fēng)機(jī)在風(fēng)場(chǎng)中能夠充分發(fā)揮性能,減少風(fēng)場(chǎng)事故,避免資源浪費(fèi),按照相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),風(fēng)力發(fā)電機(jī)在出廠前均需經(jīng)過嚴(yán)格的出廠試驗(yàn)和型式試驗(yàn)。
因此,如何能創(chuàng)設(shè)一種可對(duì)新機(jī)型進(jìn)行全面的性能檢測(cè)和評(píng)估的大功率永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)型式試驗(yàn)系統(tǒng),實(shí)屬當(dāng)前重要研發(fā)課題之一。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種可對(duì)新機(jī)型進(jìn)行全面的性能檢測(cè)和評(píng)估的大功率永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)型式試驗(yàn)系統(tǒng)。
為解決上述技術(shù)問題,本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
一種大功率永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)型式試驗(yàn)系統(tǒng),包括依次連接的環(huán)網(wǎng) 柜、拖動(dòng)機(jī)側(cè)變壓器、拖動(dòng)機(jī)側(cè)變流器、拖動(dòng)機(jī);以及依次連接的被試機(jī)側(cè)變流器、被試機(jī)側(cè)變壓器;所述被試機(jī)側(cè)變壓器也與所述環(huán)網(wǎng)柜連接;所述環(huán)網(wǎng)柜用于與外部電網(wǎng)連接,所述拖動(dòng)機(jī)和被試機(jī)側(cè)變流器用于與被試機(jī)連接;所述拖動(dòng)機(jī)側(cè)變流器和被試機(jī)側(cè)變流器均采用全功率風(fēng)力發(fā)電變流器;所述試驗(yàn)系統(tǒng)還包括用于控制和監(jiān)測(cè)整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的主控系統(tǒng)。
進(jìn)一步地,所述全功率風(fēng)力發(fā)電變流器為帶有軟啟回路的全功率風(fēng)力發(fā)電變流器。
進(jìn)一步地,所述拖動(dòng)機(jī)用于依次通過萬(wàn)向聯(lián)軸器、過渡軸套與被試機(jī)主軸連接。
進(jìn)一步地,所述萬(wàn)向聯(lián)軸器采用整體叉頭十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器,且所述萬(wàn)向聯(lián)軸器帶有加油嘴和通氣閥。
進(jìn)一步地,所述拖動(dòng)機(jī)側(cè)變壓器、拖動(dòng)機(jī)側(cè)變流器、拖動(dòng)機(jī)、被試機(jī)、被試機(jī)側(cè)變流器和/或被試機(jī)側(cè)變壓器均配置有冷卻系統(tǒng)及外圍傳感器,所述冷卻系統(tǒng)及外圍傳感器均與所述主控系統(tǒng)連接。
進(jìn)一步地,所述外圍傳感器包括檢測(cè)拖動(dòng)機(jī)側(cè)變壓器、拖動(dòng)機(jī)側(cè)變流器、拖動(dòng)機(jī)、被試機(jī)、被試機(jī)側(cè)變流器和/或被試機(jī)側(cè)變壓器的溫度的溫度傳感器、檢測(cè)各冷卻系統(tǒng)的溫度的溫度傳感器和/或檢測(cè)各冷卻系統(tǒng)壓力的壓力傳感器。
進(jìn)一步地,還包括與主控系統(tǒng)連接的、用于檢測(cè)拖動(dòng)機(jī)和被試機(jī)轉(zhuǎn)速的接近開關(guān)。
進(jìn)一步地,還包括與主控系統(tǒng)連接的、用于多方位檢測(cè)拖動(dòng)機(jī)和被試機(jī)振動(dòng)情況的振動(dòng)傳感器。
進(jìn)一步地,所述大功率永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)為690V、2.5MW及2.5MW以下永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
由于采用上述技術(shù)方案,本實(shí)用新型至少具有如下有益效果:
1、本實(shí)用新型永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)型式試驗(yàn)系統(tǒng)采用電能回饋結(jié)構(gòu), 以全功率測(cè)試為設(shè)計(jì)理念,通過拖動(dòng)機(jī)側(cè)變流器模擬風(fēng)況對(duì)被試電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制,通過被試機(jī)側(cè)變流器對(duì)被試機(jī)加載進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制,完成在不同工況下機(jī)組轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率等的輸出模擬,從而測(cè)試機(jī)組運(yùn)行過程中的各項(xiàng)性能指標(biāo)。通過采用電能回饋結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)能量的環(huán)形流動(dòng),系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中只需由外部電網(wǎng)提供能量抵消系統(tǒng)中機(jī)械能、熱能等能量損耗即可,從而在最大程度上降低運(yùn)行成本。
2、環(huán)網(wǎng)柜可實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)系統(tǒng)與外部電網(wǎng)的有效隔離,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),可通過環(huán)網(wǎng)柜對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行隔離跳閘等應(yīng)急處理,避免對(duì)外部電網(wǎng)造成沖擊和污染。
3、變流器為全功率風(fēng)力發(fā)電變流器,帶有軟啟回路,可以大大減小啟機(jī)對(duì)外部電網(wǎng)和變流器的沖擊。
4、萬(wàn)向聯(lián)軸器采用整體叉頭十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器,可通過過渡軸套與不同尺寸主軸的大功率永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)形成有效聯(lián)接,萬(wàn)向聯(lián)軸器帶有加油嘴和通氣閥,可以保證關(guān)節(jié)軸承、托架軸承和花鍵副配合部位的潤(rùn)滑脂加滿,從而保證萬(wàn)向聯(lián)軸器在正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下其關(guān)節(jié)軸承失效形式為疲勞失效而非磨損,延長(zhǎng)聯(lián)軸器的使用壽命。
5、主控系統(tǒng)可以通過外圍溫度傳感器、壓力傳感器、接近開關(guān)、振動(dòng)傳感器等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并顯示被試機(jī)的電機(jī)外圍水冷、空冷的溫度、壓力,監(jiān)測(cè)被試機(jī)轉(zhuǎn)速、振動(dòng)等值,當(dāng)某一參數(shù)超過所設(shè)定的安全值時(shí),主控系統(tǒng)可根據(jù)需要及時(shí)做出啟停冷卻系統(tǒng)、脫網(wǎng)、急停等反應(yīng),保障系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
6、該試驗(yàn)系統(tǒng)可進(jìn)行690V、2.5MW及2.5MW以下永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的出廠試驗(yàn)和型式試驗(yàn),檢測(cè)機(jī)組的各項(xiàng)性能指標(biāo),同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)各類參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和界面顯示,保證被試機(jī)不同工況下的試驗(yàn)安全穩(wěn)定進(jìn)行,為新機(jī)型的出廠提供真實(shí)有效的試驗(yàn)數(shù)據(jù),有效地控制兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)的產(chǎn)品質(zhì)量,減少現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。
7、本實(shí)用新型平臺(tái)裝配方便,各子系統(tǒng)保護(hù)完善,可滿足不同功率的 永磁直驅(qū)電機(jī)的試驗(yàn)要求,實(shí)現(xiàn)資源的高效利用。
附圖說明
上述僅是本實(shí)用新型技術(shù)方案的概述,為了能夠更清楚了解本實(shí)用新型的技術(shù)手段,以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
圖1為本實(shí)用新型一種大功率永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)型式試驗(yàn)系統(tǒng)的原理圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示,本實(shí)用新型的一種大功率永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)型式試驗(yàn)系統(tǒng),包括依次連接的環(huán)網(wǎng)柜、拖動(dòng)機(jī)側(cè)變壓器、拖動(dòng)機(jī)側(cè)變流器、拖動(dòng)機(jī)M;以及依次連接的被試機(jī)側(cè)變流器、被試機(jī)側(cè)變壓器;所述被試機(jī)側(cè)變壓器也與所述環(huán)網(wǎng)柜連接;所述環(huán)網(wǎng)柜用于與外部電網(wǎng)連接,所述拖動(dòng)機(jī)和被試機(jī)側(cè)變流器用于與被試機(jī)G連接;所述拖動(dòng)機(jī)側(cè)變流器和被試機(jī)側(cè)變流器均采用全功率風(fēng)力發(fā)電變流器;所述試驗(yàn)系統(tǒng)還包括用于控制和監(jiān)測(cè)整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的主控系統(tǒng)。
本實(shí)用新型的上述永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)型式試驗(yàn)系統(tǒng)采用電能回饋結(jié)構(gòu),以變流器的全功率測(cè)試為設(shè)計(jì)理念,通過拖動(dòng)機(jī)側(cè)變流器模擬風(fēng)況對(duì)被試機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制,通過被試機(jī)側(cè)變流器對(duì)被試機(jī)加載進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制,完成在不同工況下機(jī)組轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率等的輸出模擬,從而測(cè)試機(jī)組運(yùn)行過程中的各項(xiàng)性能指標(biāo)。
配合圖1所示,本實(shí)用新型的上述永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)型式試驗(yàn)系統(tǒng)其具體工作原理為:外部電網(wǎng)能量通過環(huán)網(wǎng)柜送至拖動(dòng)機(jī)側(cè)變壓器后經(jīng)由拖動(dòng)機(jī)側(cè)變流器(全功率風(fēng)力發(fā)電變流器)的IGBT模塊進(jìn)行整流逆變,將相應(yīng)的電流施加于拖動(dòng)機(jī)M定子繞組上,驅(qū)動(dòng)拖動(dòng)機(jī)M轉(zhuǎn)動(dòng),拖動(dòng)機(jī)M與被試機(jī)G之間聯(lián)接,在拖動(dòng)機(jī)M的轉(zhuǎn)動(dòng)過程中被試機(jī)G也伴隨著進(jìn)行同步轉(zhuǎn)動(dòng),定子線圈對(duì)內(nèi)部磁鋼產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行切割磁感線運(yùn)動(dòng),根據(jù)電磁感 應(yīng)原理,定子線圈兩端即產(chǎn)生與轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的不同幅值電壓;此時(shí)通過被試機(jī)側(cè)變流器對(duì)被試機(jī)G施加相應(yīng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩,則被試機(jī)G定子輸出端會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電流I,不同頻率和幅值的電流I再經(jīng)過被試機(jī)側(cè)變流器的IGBT模塊進(jìn)行整流逆變后變?yōu)轭l率恒定為50Hz的正弦波,經(jīng)由被試機(jī)側(cè)變壓器回饋到環(huán)網(wǎng)柜,繼續(xù)為拖動(dòng)端提供能量,從而完成整個(gè)系統(tǒng)的循環(huán)運(yùn)行。
上述試驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行過程中通過變流器和主控系統(tǒng)檢測(cè)并記錄定子輸出電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率及被試機(jī)轉(zhuǎn)速,其中變流器采集到的電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)通過CANOPEN通訊與主控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸,主控系統(tǒng)則采用倍福PLC軟件配合外圍傳感器記錄機(jī)組定子電壓、電流、功率、轉(zhuǎn)速等參數(shù),并將采集到的各個(gè)參數(shù)以及變流器傳輸?shù)母鱾€(gè)數(shù)據(jù)顯示到工控屏上。
上述拖動(dòng)機(jī)側(cè)變流器和被試機(jī)側(cè)變流器均可采用帶有軟啟回路的液冷型全功率風(fēng)力發(fā)電變流器。當(dāng)被試機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí),被試機(jī)側(cè)變流器可通過機(jī)側(cè)模塊控制被試機(jī)的轉(zhuǎn)矩,將被試機(jī)能量傳輸?shù)街绷髂妇€側(cè),再通過網(wǎng)側(cè)模塊將能量轉(zhuǎn)換成三相交流電傳送至被試機(jī)側(cè)變壓器繼而變送至外部電網(wǎng),從而達(dá)到發(fā)電的目的。
上述拖動(dòng)機(jī)用于依次通過萬(wàn)向聯(lián)軸器、過渡軸套與被試機(jī)主軸連接。其中優(yōu)選地,萬(wàn)向聯(lián)軸器采用整體叉頭十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器,且所述萬(wàn)向聯(lián)軸器帶有加油嘴和通氣閥,可以保證關(guān)節(jié)軸承、托架軸承和花鍵副配合部位的潤(rùn)滑脂加滿,從而保證萬(wàn)向聯(lián)軸器在正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下其關(guān)節(jié)軸承失效形式為疲勞失效而非磨損,延長(zhǎng)聯(lián)軸器的使用壽命。
為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行,所述拖動(dòng)機(jī)側(cè)變壓器、拖動(dòng)機(jī)側(cè)變流器、拖動(dòng)機(jī)M、被試機(jī)G、被試機(jī)側(cè)變流器、被試機(jī)側(cè)變壓器均配有相應(yīng)的冷卻系統(tǒng)及外圍傳感器。被試機(jī)繞組溫度、冷卻系統(tǒng)溫度、壓力等參數(shù)通過主控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)運(yùn)行過程中,當(dāng)主控系統(tǒng)通過被試機(jī)定子繞組處預(yù)埋的PT100檢測(cè)到被試機(jī)定子繞組溫度過高時(shí),被試機(jī)水冷泵和空冷風(fēng)扇啟動(dòng),通過水循環(huán)和繞組周邊空氣循環(huán)降低繞組溫度;當(dāng)主控系統(tǒng)通 過水冷泵處安裝的溫度傳感器檢測(cè)到水冷液溫度過高時(shí),會(huì)啟動(dòng)水冷泵的散熱風(fēng)扇,加快散熱,從而使水冷液快速降溫;當(dāng)主控系統(tǒng)通過水冷泵處安裝的壓力傳感器檢測(cè)到水冷壓力過低時(shí),會(huì)及時(shí)報(bào)出故障,從而告知運(yùn)維人員補(bǔ)充水冷液,保障機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。
拖動(dòng)機(jī)側(cè)變壓器及被試機(jī)側(cè)變壓器均采用油浸式變壓器,油箱內(nèi)自帶油溫、油位、油壓傳感器,且變壓器罩體上帶有冷卻風(fēng)扇,通過系統(tǒng)配套的主控系統(tǒng)可對(duì)油溫、油位、油壓信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集監(jiān)控,當(dāng)油溫超過設(shè)定值時(shí),冷卻風(fēng)扇自動(dòng)開啟;當(dāng)油位、油壓超過設(shè)定值時(shí),主控系統(tǒng)報(bào)警,系統(tǒng)自動(dòng)停止運(yùn)行。
拖動(dòng)機(jī)側(cè)變流器及被試機(jī)側(cè)變流器自帶冷卻系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制,系統(tǒng)運(yùn)行過程中,可根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的模塊溫度調(diào)整冷卻系統(tǒng)的啟停。
上述試驗(yàn)系統(tǒng)還包括與主控系統(tǒng)連接的、用于檢測(cè)拖動(dòng)機(jī)及被試機(jī)轉(zhuǎn)速的接近開關(guān)。還包括與主控系統(tǒng)連接的、用于多方位檢測(cè)拖動(dòng)機(jī)和被試機(jī)振動(dòng)情況的振動(dòng)傳感器。具體地,可將振動(dòng)傳感器安裝在拖動(dòng)機(jī)與被試機(jī)上,通過與主控系統(tǒng)相連,實(shí)現(xiàn)對(duì)拖動(dòng)機(jī)和被試機(jī)水平方向、豎直方向和軸向多方位振動(dòng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),為系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行提供保障。
主控系統(tǒng)可以通過外圍溫度傳感器、壓力傳感器、接近開關(guān)、振動(dòng)傳感器等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并顯示被試機(jī)外圍水冷、空冷的溫度、壓力,監(jiān)測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速、振動(dòng)等值,當(dāng)某一參數(shù)超過所設(shè)定的安全值時(shí),主控系統(tǒng)可根據(jù)需要及時(shí)做出啟停冷卻系統(tǒng)、脫網(wǎng)、急停等反應(yīng),保障系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí),首先通過主控系統(tǒng)閉合環(huán)網(wǎng)柜斷路器,閉合拖動(dòng)機(jī)側(cè)變流器的網(wǎng)側(cè)斷路器,對(duì)拖動(dòng)機(jī)側(cè)變流器內(nèi)部直流母排進(jìn)行電壓預(yù)充電,然后閉合拖動(dòng)機(jī)側(cè)變流器的機(jī)側(cè)斷路器,通過拖動(dòng)機(jī)側(cè)變流器提供扭矩,驅(qū)動(dòng)拖動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),通過聯(lián)軸器的鏈接帶動(dòng)被試機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)被試機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定值時(shí),通過主控系統(tǒng)閉合被試機(jī)側(cè)變流器的機(jī)側(cè)斷路器和網(wǎng)側(cè)斷路器,之后主控系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際需要,通過CANOPEN通訊對(duì)變流器下發(fā)指令給電機(jī) 施加負(fù)載,從而在被試機(jī)定子繞組處輸出電壓、電流。實(shí)驗(yàn)過程中油浸式變壓器處的油位、油壓、油溫傳感器實(shí)時(shí)采集信號(hào),并通過線路傳輸?shù)街骺叵到y(tǒng),以確保變壓器安全穩(wěn)定工作;變流器處采集的電壓、電流、功率等參數(shù)通過CANOPEN通訊將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺叵到y(tǒng),供主控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變流器運(yùn)行工況;變流器冷卻系統(tǒng)處的壓力和溫度傳感器實(shí)時(shí)采集信號(hào),并通過線路傳輸?shù)街骺叵到y(tǒng),以確保變流器冷卻系統(tǒng)正常工作;拖動(dòng)機(jī)及被試機(jī)處實(shí)時(shí)輸出電壓、電流、功率等參數(shù)通過外部的功率分析儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和顯示,用于監(jiān)控電機(jī)的實(shí)時(shí)工況;拖動(dòng)機(jī)及被試機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速通過接近開關(guān)進(jìn)行采集,并通過線路傳輸?shù)街骺叵到y(tǒng),主控系統(tǒng)利用內(nèi)部的過速繼電器將電機(jī)轉(zhuǎn)速限制在設(shè)定范圍之內(nèi);拖動(dòng)機(jī)及被試機(jī)冷卻系統(tǒng)(水冷及空冷)處的壓力和溫度傳感器實(shí)時(shí)采集冷卻壓力及溫度,并通過線路傳輸?shù)街骺叵到y(tǒng),以確保電機(jī)冷卻系統(tǒng)正常工作。通過各子系統(tǒng)相互配合及與主控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊,保證整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
本實(shí)用新型的上述試驗(yàn)系統(tǒng)可進(jìn)行690V、2.5MW及2.5MW以下永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的出廠試驗(yàn)和型式試驗(yàn),檢測(cè)機(jī)組的各項(xiàng)性能指標(biāo),同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)各類參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和界面顯示,保證被試機(jī)不同工況下的試驗(yàn)安全穩(wěn)定進(jìn)行,為新機(jī)型的出廠提供真實(shí)有效的試驗(yàn)數(shù)據(jù),有效地控制兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)的產(chǎn)品質(zhì)量,減少現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。
以上所述,僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已,并非對(duì)本實(shí)用新型作任何形式上的限制,本領(lǐng)域技術(shù)人員利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許簡(jiǎn)單修改、等同變化或修飾,均落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。