中小型風力發(fā)電機性能參數(shù)測試平臺的研制-2019年精選文檔

1、中小型風力發(fā)電機性能參數(shù)測試平臺的研制引言近幾年，我國風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展引人注目，繼 2010 底連續(xù)三年 總裝機容量位居世界第一。在國家風電發(fā)展“十二五”規(guī)劃 中，將繼續(xù)推進風電的規(guī)?；l(fā)展，促進風電裝備的壯大升級， 建立完備的風電裝備制造體系和不斷提高風電的市場競爭力 1-2 。要提高風電設備的性能，其完整的整機測試平臺必不可 少。目前，大多數(shù)實驗室由于不具備風場環(huán)境或風力發(fā)電機，一 般采用直流電機或者異步電動機來進行風力發(fā)電機的模擬 3-4 ，但由于電動機與風力發(fā)電機運行環(huán)境、控制過程等本質 上的區(qū)別，使得其模擬出來的結果總存在這一些誤差。本文根據(jù)建設省級新能源實訓基地以及風電專業(yè)人才培養(yǎng) 的

2、實際需要， 課題組研制出一套適合高等院校在室內進行風力發(fā) 電相關課程學習的風力發(fā)電性能參數(shù)測試平臺。 同時， 該測試平 臺還具有良好的科研價值和社會服務功能， 為進一步研究風力發(fā) 電機性能參數(shù)提供了工作平臺。一、測試平臺的設計思路及研究內容 該測試平臺的研制主要用于中小型風力發(fā)電系統(tǒng)的主軸轉 速在不同負載條件下電壓、 電流、頻率、功率等之間的關系曲線。 通過這些曲線，可以判斷該風電系統(tǒng)運行的效能好壞。在實驗平臺研制過程中，主要研制的研究內容有：（1）進行風力發(fā)電機系統(tǒng)的控制原理分析；（2）進行風力發(fā)電機的電壓、電流、轉速、功率等性能參 數(shù)對風力發(fā)電系統(tǒng)的效能研究；（3）進行矢量控制技術在變頻器

3、中的應用研究；（4）進行測試平臺的機械結構、電氣控制裝置的設計；（5）進行數(shù)據(jù)采集、實時監(jiān)測與存儲功能的研究。二、測試平臺的結構組成該測試平臺主要由三相變頻電源、 三相變頻調速電機、 風力 發(fā)電機機頭和測試控制臺組成。三相變頻電源的功能， 主要通過對電源輸出頻率的調節(jié)， 提 供三相變頻調速電機的驅動能量， 通過調頻調速達到模擬風場的 作用。在設計中選用三菱公司生產(chǎn)的 FR-A740-11K-CHT型（11kW） 變頻電源，如圖 1 所示。三相變頻調速異步電機使用 11kW四極調速電機，該電機具 有寬范圍的恒轉矩與恒功率調速特性，調速平穩(wěn)，無轉矩脈動。 與所選三相變頻電源具有良好的參數(shù)匹配， 配

4、合矢量控制， 可實 現(xiàn)零轉速全轉矩、低頻大力矩與高精度轉速控制。因此，可以更 好地模擬風場驅動風力發(fā)電機。風力發(fā)電機機頭可以是各種中小型風力發(fā)電機。 在設計過程中選用最常見的10kW機型，其工作原理和主要技術指標分別如表 1 和圖 2 所示。測試控制臺通過GDW3001電參數(shù)測試儀，可以測試發(fā)電機輸出三相電壓、電流、頻率、功率因數(shù)等參數(shù)；通過轉數(shù)儀顯示 發(fā)電機主軸的轉數(shù)； 通過電流表和數(shù)字電壓表顯示三相驅動電流 和電壓。同時，該測試平臺還具有數(shù)據(jù)實時監(jiān)測和存儲功能，利 用GDW3001電參數(shù)測試儀自帶的串行通訊接口RS232與計算機進行連接，通過 Visual Basic 通用的編程軟件進行編

5、程，從 而實現(xiàn)運行參數(shù)的計算機同屏實時顯示、 數(shù)據(jù)分析、 實驗數(shù)據(jù)報 表生成、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)打印等功能。三、試驗論證與分析 為驗證所研制測試平臺的可行性和實用性， 在該平臺上進行 空載特性試驗和負載運行特性試驗。（ 1 ）空載特性試驗 試驗時，發(fā)電機不接負載，電樞繞組開路，被測發(fā)電機作空 載運行?？蛰d試驗是檢驗發(fā)電機電磁性能的一個最基本的試驗項 目5-11 。其目的主要是檢查發(fā)電機運轉的靈活情況， 有無異常 噪聲和較強的振動，通過測試求出電機額定電壓時的恒定損耗 （即鐵芯損耗和機械損耗） ，同時檢驗發(fā)電機空載運行時輸出電 壓與設計值的偏差是否在允許范圍內（其絕對值應w±5%?？蛰d恒定

6、損耗測定時，被測電機在額定電壓、額定電流、額 定頻率下穩(wěn)定運行， 試驗結束時， 立即在被測電機出線端測試定 子繞線電阻?？蛰d曲線測定時， 應使發(fā)電機分別在 65%、80%、100%、110%額定轉速下運行（被測發(fā)電機的額定轉速為 160r/min ，因此即分別在 104r/min 、128r/min 、 160r/min 、176r/min 的轉速下運 行），發(fā)電機定子電壓不超過 1.3 倍額定電壓。在其過程中，每 點讀取三相電壓、頻率和轉速，然后以轉速為橫坐標，發(fā)電機的 空載電壓（三相平均值）為縱坐標，繪制發(fā)電機空載曲線，如圖 3 所示。通過試驗，測定發(fā)電機在額定轉速 110%，發(fā)電機的定子電壓最大值為280.5V，約為額定電壓 240V的1.17倍。（2）負載運行特性曲線負載特性曲線測定時， 發(fā)電機分別在 65%、80%、100%、125% 額定轉速下用直流負載法測定此時發(fā)電機的輸出功率與發(fā)電機 的轉速之間的關系 12-15 。以轉速為橫坐標，輸出功率為縱坐 標，繪制發(fā)電機負載運行曲線，如圖 4所示。由圖 4 可以看出，隨著轉速的增加， 發(fā)電機的功率發(fā)生變化， 其負載特性良好，滿足了其設計要求。四、結論 本文研制了一套中小型風力發(fā)電機性能參數(shù)測試平臺， 實物 圖如圖 5 所示。從該測試平臺的運行過程