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课程名称：电气工程专题班级：电气工程2010级姓名：刘荔鑫学号：P10090012第1页共8页风力发电机试验技术一、风力发电机试验必要性风电行业的发展是一个系统工程，随着中国风电市场的扩大，如何保证中国风电行业健康、快速、稳定发展是当今摆在人们面前的一个重大课题。由于近两年中国的风电装机容量增长迅猛，导致其他一系列与风电配套的措施暂时滞后，出现了一些制约国内风电产业发展的问题。其中，风电机组的高效、准确检测是一个重要方面。开展风力发电机试验，可以为解决风电机组故障提供技术支持可以得到关于风电机组的第一手数据，可以从中看出风电机组的电气设备和机械结构的特性，便于分析故障原因。开展风力发电机试验，还可以为风电机组优化控制策略提供帮助，保证风电机组在不同场地条件和不同风况条件下都保持良好的运行状态，提供最大可能的发电量。此外，开展风力发电机试验还有助于新型风电机组的研制。随着风电技术不断成熟，多样化的设计概念逐渐走向统一，加之风电场采用大容量风机比采用小容量风机更加经济，风机的容量再不断增大。在大功率风力发电机组的设计和生产过程中，其设计验证和出厂前地面检验是必不可少的环节，为验证产品的性能是否达到设计要求，必须具有可以模拟机组运行负载与运行环境的试验系统，同时检测风力发电机在不同模拟运行工况下的数据。风力发电机试验也是风电机组型式认证的一个必不可少的环节，是每一种新型风电机组问世的必经之路。二、风力发电机试验项目变速变桨风电机组的风能转换效率更高，能够有效降低风电机组的运行噪声，具有更好的电能质量，通过主动控制等技术能够大幅度降低风电机组的载荷，使得风电机组功率重量比提高，这些因素都促成了变速变桨技术成为当今风力发电机组的主流技术。目前，市场上主流的变速变桨恒频型风电机组技术分为双馈式和直课程名称：电气工程专题班级：电气工程2010级姓名：刘荔鑫学号：P10090012第2页共8页驱式两大类。双馈式变桨变速恒频技术的主要特点是采用了风轮可变速变桨运行，传动系统采用齿轮箱增速和双馈异步发电机并网，而直驱式变速变桨恒频技术采用了风轮与发电机直接耦合的传动方式，发电机多采用多极同步电机，通过全功率变频装置并网。直驱技术的最大特点是可靠性和效率都进一步得到了提高。还有一种介于二者之间的半直驱式，由叶轮通过单级增速装置驱动多极同步发电机，是直驱式和传统型风力发电机的混合。2.1双馈式风力发电机双馈感应发电机组是具有定、转子两套绕组的双馈型异步发电机（DFIG），定子接入电网，转子通过电力电子变换器与电网相连。双馈风力发电机的试验项目如表1所示：表1双馈风力发电机试验项目序号双馈风力发电机试验项目1机械和电气检查2各绕组冷态直流电阻的测定3各绕组冷态绝缘电阻的测定4耐电压试验5振动测定6噪声测定7电压比测定8相序测定9电动机法空载特性测定10电动机法堵转特性测定11异步发电机状态负载特性测定12异步发电机状态温升试验13双馈发电机状态空载试验14双馈发电机状态负载试验15双馈发电机状态温升试验16短时升高电压试验17短时过电流试验18超速试验19转动惯量测定20最大转矩计算21轴电压测定22发电机负载谐波分量测定23风摩耗曲线测定24等值电路参数测定课程名称：电气工程专题班级：电气工程2010级姓名：刘荔鑫学号：P10090012第3页共8页2.2直驱型风力发电机直驱式风力发电系统（DirectDriveWindEnergyGenerationSystem－DDWEGS）的发电机主要有两种类型：转子电励磁的集中绕组同步发电机以及转子永磁材料励磁的永磁同步发电机。直驱型风力发电机的试验项目如表2所示：表2直驱型风力发电机试验项目序号直驱型风力发电机试验项目1机械和电气检查2各绕组冷态直流电阻的测定3各绕组冷态绝缘电阻的测定4耐电压试验5振动测定6噪声测定7发电机空载电压和电压容差的测定8发电机冷状态和热状态空载特性曲线的测定(发电机法)9发电机空载特性试验(电动机法)10稳态短路试验11过电流试验12过负载试验13超速试验14温升试验15效率的测定16固有电压调整率的测定17功率特性曲线的测定18波形畸变率的测定19起动阻力矩的测定20三相突然短路试验21轴电压测定22湿热试验23盐雾试验24霉菌试验25外壳防护等级试验三、风力发电机试验方案3.1双馈风力发电机试验方案双馈风力发电机试验系统由电气拖动系统和测试系统两部分组成。课程名称：电气工程专题班级：电气工程2010级姓名：刘荔鑫学号：P10090012第4页共8页其中，拖动部分也称风力机模拟系统，现有的设计方案中多采用直流电动机和交流电动机，个别还有采用同步电动机。如图1所示，采用直流电机加闭环调速器结构来模拟风力机；根据当前风速和机组转速，计算出风力机的输出功率或转矩，将其作为直流电动机的控制指令加以执行因此采用转矩控制方案实现简单可靠。如图2、图3所示，利用逆变器控制的异步电动机模拟风力机特性,驱动风力发电机运行。通过给定风速和实测转速,按照风力机特性可计算出应输出的转矩。控制异步电机输出同样的转矩,便可实现风力机的模拟。图2方案中，通过大功率的原动机(M)和调速变频器(U1)拖动风力发电机组(G)运行，并且可以进行无极调速。当速度达到机组并网速度时，风力发电变频器(U2)将风电机组并入电网，并且在并入电网之后通过调整原动机可以在任意速度下运行，通过调节风电变频器的转矩给定和功率因数给定，可以实现任意发电量和功率因数的设置。图3方案是图2方案的一个变种，当试验系统运行，有可能会在调速变频器和风电变频器之间产生干扰，导致风电变频器无法正常工作。因次将能量回馈区间做了调整。如图4所示，该方案是将同样的两套风力发电机组同轴连接，其中一台(G1)处于电动运行状态，另外一台(G2)处于发电运行状态，以实现机组的负荷测试目的。测试过程中，整个机组的速度是由电动运行机组决定的，发电量的控制是由发电运行机组决定的。课程名称：电气工程专题班级：电气工程2010级姓名：刘荔鑫学号：P10090012第5页共8页图1直流拖动机试验方案图2交流拖动机试验方案1课程名称：电气工程专题班级：电气工程2010级姓名：刘荔鑫学号：P10090012第6页共8页图3交流拖动机试验方案2图4双机对拖试验方案课程名称：电气工程专题班级：电气工程2010级姓名：刘荔鑫学号：P10090012第7页共8页3.2直驱型风力发电机试验方案直驱型风力发电机试验系统，采用双机组能量内反馈法实现被试风电机组动态加载，即两套机组以背靠背的方式安装，其中一套机组作电动运行(拖动风电机组)，另一套机组作发电运行(试验风电机组)。电网提供的能量通过拖动风电机组侧的变流柜向拖动电机供电，拖动风电机组通过主轴及联轴器带动试验风电机组运转；试验风电机组产生的电能再通过变流柜反馈给拖动风电机组。这样，电网只需提供试验辅助设备、拖动风电机组和试验风电机组自身损耗的能量，试验负载能量在拖动风电机组与试验风电机组之间循环，故仅使用较小的电网能量即可维持本试验平台的功率试验运转。直驱型风力发电机试验方案有两种不同的能量回馈方式，如图5和图6所示。图5电网回馈试验方案课程名称：电气工程专题班级：电气工程2010级姓名：刘荔鑫学号：P10090012第8页共8页图6变频器直流母线回馈试验方案四、总结以上是对风力发电机试验方案的简介，一个完整的风力发电机电机试验平台还包含了机械对拖系统、电气系统、测控系统等方面。机械对拖系统由2台电机及配套联轴器组成，陪试电机通过联轴器拖动被试电机转动。电气系统由变压器、调压器、变频器组成，将电网电压经调压器变压器降低到变频器额定电压，经由变频器的PWM控制IGBT逆变后并网输出能量。测控系统由数据采集模块、通讯接口电路、计算机控制电路、操作控制电路等组成。采用现场总线技术和虚拟仪器技术，将控制与测试技术二者有机结合，实现了被试风电机组真实运行工况的动态模拟和运行数据的高速同步采集、记录与实时分析，有效完成了风电机组相关国家标准要求的试验项目。系统采用计算机自动完成数据的采集、计算和分析、自动生成试验报告，所有数据都自动生成数据库、授权后可以通过内部网络查询。测控系统应注重其扩展性，及计量装置的溯源。