王帥　趙耀

[摘 要]本實(shí)用新型提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控系統(tǒng)與電動(dòng)變槳距系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)，它由上位機(jī)、實(shí)現(xiàn)槳葉驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)變槳距系統(tǒng)和模擬風(fēng)對(duì)槳葉根部轉(zhuǎn)矩的加載系統(tǒng)、主控系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)鏈仿真系統(tǒng)構(gòu)成。上位機(jī)通過(guò)試驗(yàn)臺(tái)控制PLC向主控系統(tǒng)發(fā)送滿(mǎn)足風(fēng)機(jī)運(yùn)行的風(fēng)速風(fēng)向等信號(hào)的同時(shí)，向加載系統(tǒng)發(fā)送風(fēng)力載荷信號(hào)，通過(guò)加載裝置對(duì)變槳電機(jī)輸出軸施加扭矩，模擬變槳過(guò)程中氣流對(duì)槳葉的氣動(dòng)載荷，即電動(dòng)變槳系統(tǒng)在帶載狀態(tài)下運(yùn)行，從而使主控系統(tǒng)能與變槳系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)聯(lián)調(diào)，閉環(huán)控制，測(cè)試更為真實(shí)可靠。

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

中圖分類(lèi)號(hào)：TM921.541 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(shí)用新型提供一種應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的測(cè)試平臺(tái)，尤其是涉及一種測(cè)試主控系統(tǒng)與變槳系統(tǒng)的整體性能的試驗(yàn)臺(tái)，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(jī)構(gòu)就是在額定風(fēng)速以上，根據(jù)風(fēng)速的變化隨時(shí)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(duì)風(fēng)機(jī)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(gè)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(jī)組運(yùn)行及安全性能方面占據(jù)如此重要的地位，而且在實(shí)際運(yùn)行中，基本上所有的命令都是由風(fēng)電機(jī)組主控系統(tǒng)來(lái)給出。所以單獨(dú)對(duì)變槳系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)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(chǎng)運(yùn)行情況，主控系統(tǒng)與變槳系統(tǒng)協(xié)作運(yùn)行并完成所有測(cè)試項(xiàng)目。

但是，目前國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)電動(dòng)變槳距系統(tǒng)和主控系統(tǒng)沒(méi)有一套完善的場(chǎng)內(nèi)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)方法，通常需要在風(fēng)機(jī)整體吊裝完畢后，才能進(jìn)行完整的測(cè)試，這樣就給設(shè)備維護(hù)和系統(tǒng)改善帶來(lái)了諸多不便，整機(jī)運(yùn)行過(guò)程中很多故障不能提前暴露出來(lái)，同時(shí)這樣的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試也會(huì)給機(jī)組整體安全性造成威脅。

1.3技術(shù)方案內(nèi)容

上位機(jī)發(fā)出開(kāi)始測(cè)試指令，下載參數(shù)到驅(qū)動(dòng)鏈仿真PLC，由PLC做出模型運(yùn)算，一方面把實(shí)時(shí)的風(fēng)速，風(fēng)向值發(fā)送給被測(cè)主控系統(tǒng)，另一方面把計(jì)算出來(lái)的槳葉根扭矩值發(fā)送給負(fù)載控制系統(tǒng)；這時(shí)，主控系統(tǒng)檢測(cè)到運(yùn)行參數(shù)正常，就會(huì)計(jì)算出開(kāi)槳速度以及槳距角，發(fā)送開(kāi)槳命令，通過(guò)CAN通訊傳送至被測(cè)變槳系統(tǒng)；計(jì)算出電機(jī)扭矩值，發(fā)送到負(fù)載控制系統(tǒng)，負(fù)載控制系統(tǒng)做出相應(yīng)，通過(guò)伺服控制加載電機(jī)，使其加載扭矩值滿(mǎn)足條件。此時(shí)，變槳電機(jī)與加載電機(jī)就形成了對(duì)托狀態(tài)，加載電機(jī)把模擬槳葉運(yùn)動(dòng)時(shí)的力矩施加到了變槳電機(jī)。電機(jī)運(yùn)動(dòng)中，加載電機(jī)把實(shí)際扭矩值反饋給試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)，參與程序計(jì)算；電機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)際值會(huì)通過(guò)負(fù)載控制系統(tǒng)反饋給試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)，方便于實(shí)驗(yàn)人員實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。變槳角度實(shí)際值、變槳速度實(shí)際值都會(huì)以?xún)?nèi)部CAN總線(xiàn)的方式最終上傳至上位機(jī)界面。

2 具體實(shí)施方式

如圖1所示

本實(shí)用新型主要包括以下部分：

①加載電機(jī)

通過(guò)試驗(yàn)臺(tái)控制塊給定實(shí)際運(yùn)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(jī)提供模擬實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的負(fù)載力矩。

②負(fù)載控制系統(tǒng)

與外部系統(tǒng)（風(fēng)機(jī)主控制系統(tǒng)、試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)）進(jìn)行通訊；根據(jù)外部信號(hào)，控制加載電機(jī)的轉(zhuǎn)矩；同時(shí)給加載電機(jī)提供電源。

③風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)

作為被測(cè)設(shè)備，運(yùn)行風(fēng)機(jī)控制程序，根據(jù)給定的風(fēng)速、風(fēng)向和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，計(jì)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(shí)采集變槳系統(tǒng)槳葉速度、槳葉角度信號(hào)；

④驅(qū)動(dòng)鏈仿真系統(tǒng)

由PLC作為主控制器，模擬風(fēng)的空氣動(dòng)力學(xué)和傳動(dòng)特性，能夠根據(jù)當(dāng)前的節(jié)距角實(shí)際值和上位機(jī)設(shè)定的工況（在BLEDED仿真軟件中）進(jìn)行仿真計(jì)算，主要輸出參數(shù)包括：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)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(jī)組模型能夠根據(jù)不同的機(jī)組類(lèi)型進(jìn)行參數(shù)化配置，以適應(yīng)不同變槳系統(tǒng)測(cè)試的要求。發(fā)送載荷數(shù)據(jù)給負(fù)載控制系統(tǒng)； 試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)接收負(fù)載控制系統(tǒng)發(fā)送過(guò)來(lái)的編碼器信號(hào)；驅(qū)動(dòng)鏈仿真系統(tǒng)與試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)運(yùn)行在同一個(gè)PLC中，通過(guò)內(nèi)部實(shí)時(shí)通訊，協(xié)調(diào)控制。

⑤試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)

接收上位機(jī)信號(hào)，控制整個(gè)系統(tǒng)總體邏輯，提供必要的安全保護(hù)；配合驅(qū)動(dòng)鏈仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)主控系統(tǒng)的信號(hào)給定，以及給加載控制系統(tǒng)發(fā)送加載電機(jī)轉(zhuǎn)矩值、轉(zhuǎn)速值，同時(shí)采集加載控制系統(tǒng)電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速值、實(shí)際轉(zhuǎn)矩值。

⑥上位機(jī)控制系統(tǒng)

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

⑦變槳電機(jī)

實(shí)際待測(cè)試的變槳電機(jī)；

⑧變槳控制系統(tǒng)

控制變槳電機(jī)、變槳電池；與風(fēng)機(jī)主控制系統(tǒng)、試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)通訊；

3 主控系統(tǒng)與電動(dòng)變槳測(cè)試平臺(tái)的運(yùn)行

主控系統(tǒng)與電動(dòng)變槳測(cè)試平臺(tái)是按照如下所述運(yùn)行的，上位機(jī)發(fā)出開(kāi)始測(cè)試指令，下載參數(shù)到驅(qū)動(dòng)鏈仿真PLC，由PLC做出模型運(yùn)算，一方面把實(shí)時(shí)的風(fēng)速，風(fēng)向值發(fā)送給被測(cè)主控系統(tǒng)，另一方面把計(jì)算出來(lái)的槳葉根扭矩值發(fā)送給負(fù)載控制系統(tǒng)；這時(shí)，主控系統(tǒng)檢測(cè)到運(yùn)行參數(shù)正常，就會(huì)計(jì)算出開(kāi)槳速度以及槳距角，發(fā)送開(kāi)槳命令，通過(guò)CAN通訊傳送至被測(cè)變槳系統(tǒng)；計(jì)算出電機(jī)扭矩值，發(fā)送到負(fù)載控制系統(tǒng)，負(fù)載控制系統(tǒng)做出相應(yīng)，通過(guò)伺服控制加載電機(jī)，使其加載扭矩值滿(mǎn)足條件。此時(shí)，變槳電機(jī)與加載電機(jī)就形成了對(duì)托狀態(tài)，加載電機(jī)把模擬槳葉運(yùn)動(dòng)時(shí)的力矩施加到了變槳電機(jī)。電機(jī)運(yùn)動(dòng)中，加載電機(jī)把實(shí)際扭矩值反饋給試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)，參與程序計(jì)算；電機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)際值會(huì)通過(guò)負(fù)載控制系統(tǒng)反饋給試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)，方便于實(shí)驗(yàn)人員實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。變槳角度實(shí)際值、變槳速度實(shí)際值都會(huì)以?xún)?nèi)部CAN總線(xiàn)的方式最終上傳至上位機(jī)界面。綜上所述，測(cè)試人員能夠在上位機(jī)監(jiān)測(cè)整體系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)變化，通過(guò)對(duì)比設(shè)定值、實(shí)際值、扭矩值的變化過(guò)程，可以全面了解變槳系統(tǒng)性能。

通過(guò)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(cè)試人員能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不同的工況輸入不同的模型，對(duì)主控和變槳進(jìn)行多方面的性能測(cè)試，從此提高了工廠內(nèi)的測(cè)試水平和產(chǎn)品的適應(yīng)能力。