大型風(fēng)力發(fā)電機組主控測試系統(tǒng)研究

孟曉帆

摘 要：大型風(fēng)力發(fā)電機組自身運行環(huán)境具備復(fù)雜多變的特點，運行工況也不能被精準(zhǔn)預(yù)測，其主控系統(tǒng)需要確保一定的可靠性，為整個系統(tǒng)運行提供有利條件。本文根據(jù)以往工作經(jīng)驗，對大型風(fēng)力發(fā)電機組主控系統(tǒng)概述進(jìn)行總結(jié)，并從測試思路、測試系統(tǒng)的組成、系統(tǒng)測試方案、測試的注意事項四方面，論述了大型風(fēng)力發(fā)電機組主控測試工作的具體思路。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機組；主控測試系統(tǒng)；注意事項

1 大型風(fēng)力發(fā)電機組主控系統(tǒng)概述

1.1 機組的運行區(qū)域

大型風(fēng)力發(fā)電機組的運行情況主要包括5個階段，首先是啟動階段，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到啟動速度之后，系統(tǒng)將會進(jìn)行偏航對風(fēng)操作，直到與整個風(fēng)向形成合適的角度之后為止。此時，槳葉會帶動傳動軸和發(fā)電機運轉(zhuǎn)，但變流器并不會進(jìn)入到工作狀態(tài)。其次是并網(wǎng)恒速運行階段，此時，風(fēng)力發(fā)電機組開始對能量進(jìn)行獲取，并將能量轉(zhuǎn)化成電能。但在該過程中，由于風(fēng)速較低，葉尖速度較大，降低了風(fēng)能利用功率。再次是最大風(fēng)能利用系數(shù)跟蹤階段，相關(guān)工作人員可以根據(jù)具體的控制器設(shè)計情況，將發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩改變，并實現(xiàn)對葉輪轉(zhuǎn)速的全面調(diào)整，進(jìn)而實現(xiàn)最大功率的跟蹤操作。另外是限制恒速運行階段，當(dāng)發(fā)電機達(dá)到額定轉(zhuǎn)速之后，其轉(zhuǎn)速將會維持在一個恒定狀態(tài)。與此同時，人們還可以通過具體的電磁轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)，讓發(fā)電機功率逐步增加到額定功率范疇。最后是額定功率運行階段，該階段的風(fēng)速要比額定風(fēng)速高出很多，發(fā)電機也會在超過額定轉(zhuǎn)速的合理范圍內(nèi)保持運行狀態(tài)。

1.2 輔助設(shè)計工具

在整個大型風(fēng)力發(fā)電機組主控測試系統(tǒng)設(shè)計過程中，涉及到的設(shè)計工具主要包括VisualC++、MATLAB。為了將不同風(fēng)速條件下的風(fēng)機模型線性化特點展示出來，相關(guān)工作人員可以通過線性化工具的應(yīng)用，得到單一風(fēng)速條件下的風(fēng)機模型，之后再利用相關(guān)軟件對物理模型進(jìn)行全面控制，這其中包括系統(tǒng)工具箱和濾波器設(shè)計工具箱等等。

2 大型風(fēng)力發(fā)電機組主控測試工作的具體思路

2.1 測試思路

站在風(fēng)力發(fā)電機組主控系統(tǒng)角度來說，需要被測試的功能主要包括以下幾部分，即遠(yuǎn)程通信、槳距控制和功率控制等等，測試時可以根據(jù)具體的功能模塊特點，首先進(jìn)行單步測試，之后在進(jìn)行連續(xù)測試。為了將主控系統(tǒng)測試的全面性和高效性突顯出來，人們應(yīng)該以現(xiàn)場運行需求的總結(jié)為主，進(jìn)而在白盒測試基礎(chǔ)上開展黑盒測試工作。另外，在測試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計上，應(yīng)該以文檔記錄為主，確保編程內(nèi)容不會受到任何外部因素的影響。根據(jù)具體的風(fēng)力發(fā)電機組標(biāo)準(zhǔn)和廠家設(shè)計思路等，可以確保整個風(fēng)力發(fā)電機組不會出現(xiàn)功能缺失等問題。值得注意的是，在具體測試過程中，需要對行業(yè)通用的仿真軟件進(jìn)行應(yīng)用，只有這樣，才能確保功率控制策略具備較高的可行性。[1]

2.2 測試系統(tǒng)的組成

測試系統(tǒng)的搭建主要是對現(xiàn)場運行情況進(jìn)行有效模擬，從而將主控測試系統(tǒng)的運行情況展示出來，讓主控系統(tǒng)的運行狀態(tài)順利切換，實現(xiàn)對各種情況的觀測和分析，模擬出各種類型的故障。該項測試系統(tǒng)主要包括通信系統(tǒng)、模擬風(fēng)機以及變流系統(tǒng)等等。其中，通信系統(tǒng)中的網(wǎng)路主要作用是外接網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)不同，所對應(yīng)的通信接口也不同。其次，在風(fēng)力發(fā)電機組溫度測量上，常用的測量工具為PT100，可以對各種溫度類型故障和控制功能進(jìn)行模擬。在此過程中，各種電流信號將會被電流源代替，在完成風(fēng)向模擬等過程之后，確保測試流程的完善。字啊仿真 變槳、變流等功能展示上，還需要建立起與主控的通訊連接，從而對主控系統(tǒng)中的功能和性能進(jìn)行檢測。

2.3 系統(tǒng)測試方案

在系統(tǒng)搭建工作完成之后，工作人員需要對系統(tǒng)之間的通信狀態(tài)進(jìn)行測試，如變槳、變流等，在各種類型的監(jiān)控軟件的作用下，可以將具體上送信息狀態(tài)展示出來，并根據(jù)電氣原理圖紙，對DI/AI信息進(jìn)行合理驗證。待所有驗證工作結(jié)束之后，工作人員可以利用相關(guān)軟件對各種情況進(jìn)行模擬，進(jìn)而實現(xiàn)功能性測試。主要的測試項目如下：首先，對風(fēng)力發(fā)電機組之中的各種啟動方式進(jìn)行驗證，這其中包括自動啟動、面板人機啟動等等。當(dāng)控制系統(tǒng)上電之后，整個系統(tǒng)的安全性也會被突顯出來。其次，檢測風(fēng)力發(fā)電機組之中的啟動條件是否與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)相符，這些條件內(nèi)容主要有壓力、溫度和風(fēng)速等等。第三，驗證整個過程中故障響應(yīng)是否具備良好效果。第四，看啟動過程中的溫控、偏航等內(nèi)容是否有效。第五，看風(fēng)力發(fā)電機組每天的啟動次數(shù)是否收到了限制。第六，在啟動過程中，風(fēng)向變化是否對啟動過程產(chǎn)生影響。[2]

2.4 測試的注意事項

當(dāng)所有主控系統(tǒng)功能測試工作全部結(jié)束之后，人們還需要做好文檔的分析和測試工作，在測試之前，相關(guān)工作人員需要根據(jù)實際情況和環(huán)境，制定出良好的測試計劃，確保風(fēng)力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)功能得到全面滿足，進(jìn)而對發(fā)電機組相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行滿足。除此之外，整個測試過程中的測試模板也需要具備一定的科學(xué)性，避免由于人為等因素的影響，導(dǎo)致測試結(jié)果出現(xiàn)不同性。一旦在測試過程中出現(xiàn)問題，便需要對其進(jìn)行跟蹤記錄，避免問題丟失、遺漏等問題出現(xiàn)。由于測試程序隨時可能被修改，人們需要對測試過程中的程序進(jìn)行適當(dāng)修改，并開展回歸測試，確保已經(jīng)修改好的程序在應(yīng)用過程中不會再出現(xiàn)其他問題，確保測試系統(tǒng)的完善性。

3 總結(jié)

綜上所述，由于該測試系統(tǒng)的開發(fā)，為大型風(fēng)力發(fā)電機組的全面動態(tài)測試提供了巨大便利，并將現(xiàn)場調(diào)試工作轉(zhuǎn)移到了實驗室，實現(xiàn)了測試成本的有效節(jié)約。除此之外，該項測試系統(tǒng)讓測試工作不會受到各種自然因素的限制，隨機性、間接性等問題也得到了排除，測試間也得到了明顯的縮短，增加了產(chǎn)品的開發(fā)效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫振軍，吳勇.工業(yè)機器人和機器視覺在風(fēng)力發(fā)電機組變槳軸承裝配中的應(yīng)用[J].上海電氣技術(shù)，2018（03）：1.4+10.

[2]楊海如，喻國銘，徐仕偉.碳纖維復(fù)合材料風(fēng)力發(fā)電機葉片振動特性研究[J].玻璃鋼/復(fù)合材料，2018（09）：70.74.