DF77实验大纲.docx
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DF77实验大纲
编号：
CPCQ18-21SG01
共页第页
1.5MW风力发电机
试验大纲
编制；王志强
审核
批准
常州轨道车辆牵引传动工程技术研究中心
2007年2月
1.5MW双馈风力发电机组（整机）试验大纲
一、试验目的：
1．通过原动机的风况模拟，检验双馈风力发电机、变流器在不同风速条件下的运行性能，及功率曲线。
2．检验与风机主控的正常通讯并完成主控的控制任务，检验1.5MW双馈风力发电机组的运行方式，检验变流器的控制系统及其兼容性；
3．检验在各种故障状态下风力发电机、变流器基本保护功能，
4．通过试验檢測谐波含量是否符合国家标准《电能质量公用电网谐波》（GB/T14549-93）的规定，达到的并网标准。
5.通过对风力发电机、齿轮箱、变流器、控制系统进行联调试验，（除塔架、叶片、外）完成对发电机组设计、制造、装配质量的檢验，同时在性能试验中考核整机安全和保护性能，并在发現问题时加以消除，以保障被测机组达到出厂质量标准。
二、试验条件：
1、试验台符合要求。
场地符合安全要求。
2、监控设备完好、仪器仪表经计量部门鉴定合格
3、试验电源、电压、容量、保险、保护装置附合要求
4、试验人员齐全
5、试验技朮资料齐全，试验大纲要经审定。
三、试验准备：
1、将被测发电机、齿轮箱安装于试验台上与原动机输出端联接。
2、按试验规定要求检查接线，并将电能质量分析仪按要求接入发电机输出端。
变桨控制系统：
变桨伺服电机与配电柜、电池柜、变桨控制柜之间联线（插键）
变桨控制柜通过滑环与机舱控制柜联接。
机舱控制柜通过电缆、光缆与塔底控制柜、变流器柜联接（发电机转子与变流器）
机舱控制柜与偏航伺服电机、与模拟传感器、柜外辅助检测仪器仪表间联接，
上述接线完成并且正确无误。
3、检查接线是否正确
（1）依据接线图纸连接，确保接线正确
（2）依据电路图纸，万用表检查主回路及其他电源回路。
确保不会发生短路现象
4、上电
a）根据电路图纸，电控柜体的上电顺序是：
主空气开关合上后，按照先后将各变压器的供电回路连通，测量供电电压及输出电压是否正常
b）将控制器和TB1柜电源给入
c）将各执行器件主回路电源给入
5、调整各试验信号，保持正常待机的信号状态
（信号状态表：
见附件1）
注意开关量的状态是否正确
模拟量信号是否正确
温度、压力、风向、风速
6、接线完成后测绝缘合格。
四、试验步骤：
（说明：
变速恒频双馈风力发电机系统在起动过程中，当风机带动发电机升速达到发电机的最小运行速度（1100转/分），这时转子侧的变流器开始工作，控制定子绕组的空载端电压跟随电网电压，并迅速达到同步，此时的发电机相当一个旋转的变压器，在起动过程中，双馈发电机采用电压控制，即通过控制转子电流的幅值、相位和频率使并网条件自动得到满足。
即定子绕组的三相电压的幅值、相位、频率和电网三相电压的幅值、相位、频率相一致。
并网前发电机处于空载状态，即有功功率为零，这时发电机所需无功功率全都由转子电流提供。
）
1、启动试验
1）开启原动机带动齿轮葙，闭合3QF开关，发电机转速逐渐增加，将升到1000—1100转/分时升速减慢，
2）.变流器控制器接收启动信号，变流器VC1开始工作，建立直流侧电压至1100V--1150V；
3）变流器控制器检测转速，当转速到达启动转速时，（如1100转/分，）VC2开始工作，对电机转子施加交流励磁，满足软并网条件后，可以由变流器控制控制器直接完成并网，即闭合2QF，（或者变流器控制器通知风机控制系统，由风机控制器来完成并网，）
试验台示意图
4）变流器控制器接收控制室的转速给定信号，对电机转速进行控制，实现最大功率点跟踪。
5）变流器控制器从控制室获得的基本信号
6）启动信号；
7）停止信号；
8）转速指令；
9）变流器控制器上传信号
10）网侧变流器VC1各项参数：
电网电压、电网电流、有功功率、无功功率及其功率因数
11）电机转子侧VC2有关参数：
转子电流
在矢量控制中，不必检测转子电压，计算有功和无功功率；其基本控制思想
12）根据转速指令控制转子电流的有功分量，根据系统功率因数指令控制转子电流的无功（励磁）分量；
13）电机定子侧有关参数：
并网电流、并网有功、并网无功、功率因数
14）运行状态：
运行状态信号、故障信号及故障代码
15）记录发电机主开关合闸（并网）时各参数。
16）.记录全过程变桨控制系统变桨伺服电机动作情况。
（角度/转速变化曲线）
17）.发电机：
电流、电压、有、无功率、电机各温度测点温度、电机出口风温，机组振动、噪音、（详见表格）
2、负苛试验
逐步、线性调整原动机输出转速，使发电机有功功率达到额定负荷：
1.5MW。
（说明：
风力发电机在并网状态下，其定子绕组接入工频电网，转子绕组接入一个频率、幅值、相位都可以调节的三相交流电源，这个三相交流电源采用背靠背交直交四象限双向变流器。
该系统控制是根据实际的风速和电网的要求，通过对转子馈电的控制实现定子侧恒压恒频的电力输出和功率因数的调节。
转速和功率因数COSΦ的设定值可以由系统管理层面输送至变流器控制单元，同时，转速和转矩作为实际应用值反馈到系统控制中。
变流器包括双SVPWM变流器组成的变流系统及其控制器。
变流控制器采用基于TMS320LF2406的双DSP结构，分别控制转子侧变流器和网侧变流器。
转子侧变流器完成对双馈电机的空载并网和并网发电的控制，包括定、转子电压电流的采样；直流电压的采样；光电编码器检测；电压电流同步信号的捕获；PWM驱动信号的输出；IO输入输出；CAN接口通讯和RS485接口通讯。
网侧变流器给转子侧提供一个稳定的励磁电源，实现能量的双向流动，）
3、变流器试验科目及检测项目
3．1启动及软并网试验
试验原理：
变速恒频双馈风力发电机系统在起动过程中，当风机带动发电机升速达到发电机的最小运行速度，这时转子侧的变流器开始工作，控制定子绕组的空载端电压跟随电网电压，并迅速达到同步，此时的发电机相当一个旋转的变压器，在起动过程中，双馈发电机采用电压控制，即通过控制转子电流的幅值、相位和频率使并网条件自动得到满足。
即定子绕组的三相电压的幅值、相位、频率和电网三相电压的幅值、相位、频率相一致。
并网前发电机处于空载状态，即有功功率为零，由上述并网空载的数学模型可知
，这时发电机所需无功功率全都由转子电流提供。
试验步骤：
a）按照主电路原理图连接线路；
b）原动机模拟切入风速，将双馈电机转速拖带至1100Rpm以上；
c）启动网侧变流器，建立直流侧电压至额定，1000V；
d）启动转子变流器，检测电网电压及电机定子端电压，以实现两者幅值、频率、相位基本一致，
e）待满足并网条件，即将电机侧定子投入电网，此时捕获定子并网瞬间电流波形；
注意事项：
网侧电压为690V，变流器控制系统用电电压220V，务必注意用电和人身安全；
变流器接线时严格按照图标接线；
启动时必须先开启动原动机，使其稳定运行后，再开启变流器；
关机时必须先关闭变流器再关闭原动机。
3．2并网发电试验
试验原理：
双馈异步发电机的变速并网运行是建立在交流励磁变速恒频发电技术基础上的。
交流励磁变速恒频发电是在双馈电机的转子中施加三相低频交流电流实现励磁，调节励磁电流的幅值、频率、相序，确保发电机输出功率恒频恒压。
同时采用矢量变换控制技术，实现发电机有功功率、无功功率的独立调节。
调节有功功率克调节风机转速，进而实现最大风能捕获的追踪控制；调节无功功率克调节电网率因数，提高发电机组所并电网系统的动、静态运行稳定。
双馈风力发电机的转子侧功率流动可以是双向的，在发电状态下，依据转子转速将运行于三种状态：
次同步发电状态、同步发电状态和超同步发电状态。
而WG1500DF在并网运行过程中接受转速控制指令，检验变流器对双馈电机转速的调节能力。
原动机采用转矩控制方式，根据风力机特性和参数，以角速度ω和风速v为输入，驱动转据TL为输出建立风力机模型。
3．2．1次同步并网发电试验
试验步骤：
启动变流器，软并网结束后，变流器接受转速控制指令；
转速控制指令设置1100Rpm，记录相关参数，
转速控制指令设置1200Rpm，记录相关参数，
转速控制指令设置1300Rpm，记录相关参数，
转速控制指令设置1400Rpm，记录相关参数，
3．2．2同步（附近）并网发电试验
试验步骤：
转速控制指令设置1450Rpm，记录相关参数，
转速控制指令设置1500Rpm，记录相关参数，
转速控制指令设置1550Rpm，记录相关参数，
3．2．3超同步并网发电试验
转速控制指令设置1600Rpm，记录相关参数，
转速控制指令设置1700Rpm，记录相关参数，
转速控制指令设置1800Rpm，记录相关参数，
转速控制指令设置1900Rpm，记录相关参数，
转速控制指令设置2000Rpm，记录相关参数，
转速
Rpm
转矩
N．M
网侧变流器
直流侧
电压
Vdc
转子变流器电流
A
定子侧
转差
频率
Hz
总发电量
KW
电流
A
功率
因数
电流
A
功率
因数
1100
1200
1300
1400
1450
1500
1550
1600
1700
1800
1900
2000
2．3软解列试验
试验原理：
软解列基本相当于软并网的逆过程，通过对发电机组并网电流的检测调整转子励磁，在并网电流为零的情况下断开并网接触器，实现软解列。
试验步骤：
双馈发电机组运行于次同步或超同步发电状态；
风机控制器发出软解列指令，且被变流器控制系统接受；
变流器控制系统设定发电机组并网电流有功分量、无功分量为零，变流器由转速控制模式转变为软解列控制模式；
检测定子并网电流，当降至零，断开并网接触器，实现软解列，捕获解列瞬间波形，
3．4电网异常保护试验
试验原理：
紧急电网规程要求在外部电网故障下双馈风力发电机组具有不间断运行能力，这就要求在诸如电网骤降的扰动下发电机不能从电网上解列，以免引发更大的后续扰动和更严重的故障。
目前对电网骤降的处理分为两种模式：
对于小值瞬时故障，系统依靠自身的正常运行控制来实现发电机的不间断运行；而对于大值瞬时故障，则因转子过流而随即导致直流侧电压达到保护上限时，转子侧撬棒急速短接，以消耗能量，并使转子侧变流器旁路。
转子侧绕组将维持短路状态直至主断路器将发电机组定子侧与电网断开。
试验步骤：
双馈发电机组运行于次同步或超同步发电状态；
通过变压器副边短路的方法，产生690V电网骤降左右50％，维持时间越100ms—150ms；
撬棒监控系统独立检测转子侧电流或直流侧电压，当未达到保护上限时，变流器维持正常工作状态，捕获瞬间故障波形，并记录相关参数见表7；
当转子侧电流或直流侧电压达到保护上限时，保护撬棒动作并维持，直至主断路器将发电机组定子侧与电网断开，捕获瞬间故障波形，并记录相关参数见表8。
转速
Rpm
软解列前
软解列后
发电机组并网电流
A
转子电流
A
发电机组定子端电压
V
转子电流A
软解列试验
转速
Rpm
电网电压最大骤降
V
故障维持
时间
ms
直流侧电压
峰值
V
转子电流
峰值
A
定子电流
峰值
A
电网小值骤降故障试验
记录发电机：
电流、电压、有、无功率、电机各温度测点温度、电机出口风温、机组振动、噪音
4、电能质量的测试：
1）分別将被测的发电机定子、转子及变流器输出输入端电压、电流传感器接到电能质量分析仪输入通道，（选择特定的传感器）
2）测试下列数据；各部的电压电流的有效值，RMS有功功率、无功功率、視在传感器功率、功率因数、电能、日报值。
3）依据EN50160标准评估电能质量：
谐波、湝间波、电压总湝波矢真（THDU）、闪变、电压事件，（骤降、骤升、中断、）、不平衡。
频率。
4）.记录负荷变化全过程各参数值
参考对照下列表格，（红色数值是设计值）
5、偏航系统试验
试验过程及步骤：
1、摆动风向标分别表示正对风向在0°，90°侧风（两面）、背风180°，检查计算机柜显示的风向角度数值的正确性。
风机自动对风的方向正确性
2、操作机舱内控制柜面板上的左偏、右偏
3、操作计算机柜面板上的左偏、右偏键
4、操作偏航键，使机组向左、右偏航后记录齿轮啮合间隙
5、模拟偏航过载故障信号察看动作情况
6、偏航角度45度查看偏航时间
7、偏航解缆方向的正确性检验
1）检查偏航伺服电机转动方向，应与控制开关标示一致。
2）检查偏航伺服电机灵敏程序（利用风向仪），记录正反方向动作滯后时间及调整角度偏差值。
3）检查偏航伺服电机动作同步程度（每2台一组）
4）检查解缆动作，
5）.解缆保护模拟传动，人为转动偏航编码器，2.5圈，模拟风速议信号为0，10分钟后解缆动作，风机自动解缆。
6）解缆过程中，模拟10分钟平均风速超过工作风速，解缆暂停，风力发电机将自动启动。
7）机头正、反时针转动达到3圈，无论是否在工作风速中，将首先进行解缆程序。
6、变桨系统试验
1）、原动机模拟风速从0逐渐增至切入风速4m/s，记录桨距角变化情况。
2）、原动机模拟风速从4逐渐增至切出风速23m/s，记录桨距角变化情况。
3）、测量在正常调整吋桨距角变化速度，（5—8度/秒度为合格）。
4）、测量在非正常调整吋（紧急事故）桨距角变化速度，（12—15度/秒为合格）。
5）、测量在网侧交流电源失电，变桨控制系统內部直流蓄电池供电（紧急事故）桨距角变化速度，（12—15度/秒度为合格）。
6）、模拟桨距角顺时针转动91度、95度（限位），变桨伺服电机停转；
模拟桨距角逆时针转动5度（限位），变桨伺服电机停转。
不同负荷下风力发电机叶片角度变化示意图
7、安全保护性试验
试验过程及步骤：
1）、机械
●在机组处于正常状态下，使主控柜上的紧急停机按钮动作；
●在机组处于正常状态下，使机舱控制柜上的紧急停机按钮动作；
.紧急停机按钮：
人为触动紧急停机按钮，风力发电机变桨伺服电机向顺桨方向动作，风机紧急停。
●在机组处于正常状态下，使振动开关动作；
振动保护模拟传动。
人为触动振动传感器，风力发电机变桨伺服电机向顺桨方向动作，风机紧急停。
●在机组处于正常状态下，拨动凸轮左偏开关，同理尝试拨动凸轮右偏开关；
●
人为转动偏航编码器，3圈，且解缆限位开关动作，风力发电机变桨伺服电机向顺桨方向动作，风机紧急停。
●通过参数设置来模拟叶轮过速故障，观察震动保护仪的信号反馈情况；
●模拟安全链断开后，采用控制器的方式复位（顶舱启动或者顶舱复位及主柜启动或者复位按钮），察看控制器复位动作的执行情况）
选择一至二项温度测点超限Ⅱ值，风力发电机变桨伺服电机向顺桨方向动作，解缆模拟试验。
.风机紧急停。
（因这类试验己在控制系统试验中逐一作过、在此仅迭一—二顶进行联动）
.冷却风机、电加热器自动启停联动试验。
2）、电气
变流器故障保护
⏹过热保护（OT）：
内部设有过热监视，如果温度超出过热动作数值（OT），内部控制电路将截止，不响应控制输入信号，直到温度恢复正常，
⏹功率器件过流、欠压保护：
如果流过功率器件的电流超出过流动作数值（OC）的时间大于toff（oc）或电流超出短路动作数值（SC）时，软关断立即起动并输出一个故障信号。
过流和短路保护的动作都是IGBT的强应力运行，应避免其反复动作。
功率器件内部控制电路由一个24V直流电源供电。
如果由于某种原因这一电源电压低于规定的欠压动作数值，功率器件将被关断并输出一个故障信号。
但是小毛刺干扰时欠压电路不动作。
⏹过压保护：
转子侧配有功率器件和功率电阻组成的撬棒保护电路，防止转子侧电压过高。
电网短路故障保护
如果出现电网短路故障引起发电机定子侧过流时，变流器能够通过电流检测装置关断功率器件，转子能够通过短路撬棒实现短路，直到励磁电流接近于零。
同时，发电机定子侧与电网断开。
总之，变流器控制单元能对机组进行并网与脱网控制，并确保运行过程的安全性和可靠性
附：
参考参数表（设计参数）
转矩
原动机
转速
原动机
轴功率
被测电机
定子功率
被测电机
转子功率
被测电机r
定子电流
被测电机
转子电流
被测电机
转子电压
被测电机
效率
e被测电机
发电量
被测电机
（N.m）
（r/min）
（kW）
（kW）
（kW）
（A）
（A）
（V）
（%）
（kW）
2000
1110.0
232
292
-77
244
120
576
92.70
215
2503
1119.1
293
371
-95
310
135
563
94.20
276
2589
1137.8
308
384
-94
321
137
536
94.20
290
2672
1156.4
324
398
-92
333
140
509
94.50
306
2759
1175.1
340
412
-90
345
143
482
94.70
322
2848
1193.7
356
425
-88
356
146
454
94.70
337
2953
1212.4
375
442
-86
369
149
427
94.90
356
3047
1231.0
393
457
-83
382
152
400
95.20
374
3123
1249.7
409
468
-80
392
155
373
94.90
388
3217
1268.3
427
483
-76
404
158
345
95.30
407
3313
1287.0
447
498
-72
417
161
318
95.30
426
3409
1305.6
466
513
-68
429
165
291
95.50
445
3507
1324.3
486
528
-63
441
168
263
95.70
465
3604
1343.0
507
543
-59
455
171
236
95.50
484
3708
1361.6
529
560
-53
468
175
209
95.90
507
3807
1380.3
550
574
-48
481
179
181
95.70
526
3911
1398.9
573
591
-42
494
182
154
95.80
549
4016
1417.6
596
607
-35
508
186
127
96.00
572
4122
1436.2
620
624
-29
522
190
99
96.00
595
4230
1454.9
644
640
-21
535
194
72
96.10
619
4339
1473.5
670
658
-14
550
198
45
96.10
644
4449
1492.2
695
674
-6
564
202
17
96.10
668
4565
1510.8
722
688
7
575
205
21
96.30
695
4675
1529.5
749
705
16
590
209
48
96.30
721
4789
1548.1
776
722
26
604
213
74
96.40
748
4909
1566.8
805
740
36
619
218
101
96.40
776
5023
1585.4
834
758
46
634
222
128
96.40
804
5142
1604.1
864
777
57
650
227
154
96.50
834
5266
1622.7
895
796
68
666
231
181
96.60
864
5388
1641.4
926
814
80
681
236
208
96.60
894
5507
1660.0
957
832
92
696
240
234
96.60
924
5631
1678.7
990
852
105
712
245
261
96.70
957
5762
1697.3
1024
871
118
729
250
288
96.60
989
5889
1716.0
1058
891
132
745
255
314
96.70
1023
6013
1734.6
1092
910
147
761
260
341
96.80
1057
6148
1753.3
1129
931
162
779
265
368
96.80
1093
6274
1772.0
1164
950
177
794
270
394
96.80
1127
6412
1790.6
1202
971
193
812
275
421
96.90
1164
8208
1800.0
1547
1245
257
1042
345
437
97.10
1502
8208
1810.0
1556
1245
265
1042
345
452
97.10
1510
填写设备出厂报告表格
试验名称：
1风机接线调试至正常待机
试验时间：
试验人员：
试验过程及步骤：
2、检查接线是否正确
（1）依据接线图纸连接，确保接线正确
（2）依据电路图纸，万用表检查主回路及其他电源回路。
确保不会发生短路现象
3、上电
（1）根据电路图纸，电控柜体的上电顺序是：
主空气开关合上后，按照先后将各变压器的供电回路连通，测量供电电压及输出电压是否正常
（2）将各控制柜电源给入
（3）将各执行器件主回路电源给入
4、调整各试验信号，保持正常待机的信号状态
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