一种符合IEC61400-13标准的风电机组载荷测试系统

摘要

本发明涉及一种符合IEC61400-13标准的风电机组载荷测试系统，其特征在于所述风电机组载荷测试系统包括轮毂测试系统(1)、塔顶测试系统(2)、气象测试系统(4)在内的子系统和主控制系统(3)；所述气象测试系统(4)安装在测风气象桅杆的底部，塔顶测试系统(2)安装在塔筒顶部，轮毂测试系统(1)安装在风电机组轮毂内，运行时随风电机组轮毂一起旋转；所述主控制系统安装在塔筒底部。该风电机组载荷测试系统，可应用于验证风电机组设计载荷、优化风电机组设计方案，检测出厂风电机组的质量，遏制安全性事故发生等方面，具有很强的实用性。

说明书

[技术领域]

本发明涉及风电机，具体地讲，涉及风电机组载荷测试。 

[背景技术]

随着风电产业的迅速发展，国内新增了几十家风电机组制造商，百余种风电机组型号。但是由于风电机组市场需求量大，多数风电机组制造商的设计和制造比较仓促，出厂的风电机组没有经过认证和检测，尤其是与风电机组安全性密切相关的风电机组载荷测试。这就导致风电机组的安全性事故频频发生。 

为了保证风电机组的安全运行，必须对风电机组的载荷情况进行测试。IEC(国际电工委员会)已经颁布了风电机组测试的国际标准(IEC 61400-13)，用于规范风电机组测试过程，成为目前国际普遍认可的风电机组载荷测试标准。为了开展风电机组载荷测试，亟需研发符合IEC61400-13的测试系统。 

申请号：200910206472.1，发明名称为：“一种风电机组整机测试方法及系统”公开的测试方法“包括：在风电机组上选择测试点，...在测试点安装测试仪；设定风电机组的运行条件，根据所述运行条件下所述测试仪的测试数据对所述风电机组进行检测。”， 

该发明申请专利的目的是在风电机组出厂前对风电机组进行核查，验证风电机组的功能和部件的安全性，是一种质量检查方法；其使用机构为风电机组制造商，方法不同；该发明申请专利所使用的方法出于自自身需要，并没有依据标准；其外部测试条件不同：是在试验台上用原动机对风电机组进行拖动，模拟风电机组在不同条件下的运行状态；其测试量包括风电机组的振动和/或温度，其传感器也只是振动和温度传感器，即测试的参数有限，考察的范围也受很大的限制。 

另外，该发明申请专利的测试结果主要是风电机组各个部件在不同运行条件下的工作状况。 

[发明内容]

本发明的目的在于，提供一种符合IEC61400-13标准的风电机组载荷测试系统；该风电机组载荷测试系统，可应用于验证风电机组设计载荷、优化风电机组设计方案，检测出厂风电机组的质量，遏制安全性事故发生等方面，具有很强的实用性。 

本发明提供的一种符合IEC61400-13标准的风电机组载荷测试系统，其改进之处在于所述风电机组载荷测试系统包括轮毂测试系统、塔顶测试系统、气象测试系统在内的子系统和主控制系统，子系统与主控制系统之间通过电缆连接，通过CANBUS进行通信，并且由主控制系统控制各子系统的启动和关停。 

本发明提供的第一优选的符合IEC61400-13标准的风电机组载荷测试系统，所述气象测试系统安装在测风气象桅杆的底部，塔顶测试系统安装在塔筒顶部，轮毂测试系统安装在风电机组轮毂内，运行时随风电机组轮毂一起旋转；所述主控制系统安装在塔筒底部。 

本发明提供的第二优选的符合IEC61400-13标准的风电机组载荷测试系统，所述轮毂测试系统和塔顶测试系统均包括温控装置，模拟量采集设备、高频滤波器、信号防雷模块；所述温控装置的一端接口通过电缆与散热片连接，另一端接口通过插座与高频滤波器连接；所述信号防雷模块的一端接口通过电缆与模拟量采集设备连接，另一端接口通过电缆与应变调理模块连接。 

本发明提供的第三优选的符合IEC61400-13标准的风电机组载荷测试系统，所述主控制系统包括数据采集设备、工控机、高频滤波器、信号端子模块、光耦模块、光电隔离模块、继电器和隔离放大器模块；所述数据采集设备的一端接口通过电缆与工控机及光电隔离模块和隔离放大器模块连接，另一端接口通过电缆与光耦模块及隔离放大器模块连接；所述隔离放大器模块通过电缆还与信号端子模块连接。 

本发明提供的第四优选的符合IEC61400-13标准的风电机组载荷测试系统，所述气象测试系统包括数字量采集设备、光耦模块、高频滤波器、光电隔离模块、信号防雷模块和模拟量采集设备；所述数字量采集设备的一端接口与光耦模块连接，另一端接口与模拟量采集设备的一端接口连接，模拟量采集设备的另一端与高频滤波器的一端接口连接，高频滤波器的一端还与光耦模块及光电隔离模块连接，高频滤波器的另一端接口通过电缆与信号防雷模块的接口连接。 

本发明提供的第五优选的符合IEC61400-13标准的风电机组载荷测试系统，所述模拟量采集设备包括SC-16模拟量采集设备。 

本发明提供的第六优选的符合IEC61400-13标准的风电机组载荷测试系统，所述数字量采集设备包括DI16数字量采集设备。 

本发明提供的第七优选的符合IEC61400-13标准的风电机组载荷测试系统，所述应变调理模块包括GM40。 

本发明提供的第八优选的符合IEC61400-13标准的风电机组载荷测试系统，所述工控机还与继电器连接。 

本发明提供的第九优选的符合IEC61400-13标准的风电机组载荷测试系统，所述信号防雷模块还与光耦模块连接。 

数字量采集设备包括DI16数字量采集设备外，也可以是其他型号的数字量采集设备，应变调理模块除应变调理模块GM40外，也可以是其他应变调理模块；模拟量采集设备除SC-16模拟量采集设备外，也可以是其他型号的模拟量采集设备；隔离放大器模块如隔离放大器DC/DC。 

本发明提供的风电机组载荷测试系统完全符合IEC61400-13，可以实现多个物理量的同步测试，包括风速、风向、气温、气压、降雨量、应变、风电机组的有功功率、无功功率、风轮转速、叶片桨角、偏航位置、风轮方位角等；通过对这些物理量的长期不间断测试，最终可以得到风电机组在各种不同状态下的叶片弯矩、俯仰力矩、倾覆力矩和主轴扭矩。 

本发明提供的风电机组载荷测试系统还具备良好的信号隔离和保护措施，配备了防雷保护、浪涌保护、低温加热和高温散热等模块，确保其可以长时间持续稳定地运行。另外，由于测试周期过长，这套设备还配备了远程监控模块，可以实现工作人员在远程对其监视操作；该测试系统采用分布式的采集系统，分别安装在不同的位置。

各子系统的测试功能如下： 

轮毂测试系统：测量3个叶片的挥舞弯矩、摆振弯矩、主轴弯矩和主轴扭矩。 

塔顶测试系统：测量塔顶的弯矩、扭矩和偏航信号。 

气象测试系统：测量轮毂中心高度的风速、风向、气温、气压和降雨量。 

主控制系统：测量塔底的弯矩，风电机组的有功功率、无功功率、高速轴转速、低速轴转速、并网信号、故障信号、刹车状态信号、风机状态信号和变桨信号。同时与其他各个子系统通信，整合其他子系统的测试数据。 

本发明提供的测试系统是一个第三方测试机构对风电机组认证测试所使用的系统，是一个对实际运行的风电机组的特性进行测试的系统；是在现场对实际运行的风电机组进 行测试；测试结果是风电机组各个主要位置的载荷特性。 

远程监控模块：远程监控模块安装在主控制系统，工作人员可以通过GSM modem或TCP/IP与主控系统在远程连接，然后通过主控系统对整个测试系统进行控制，包括调整各个分系统的设置、对各个分系统单独重启等。 

本发明提供的符合IEC61400-13标准的风电机组载荷测试系统的相关组件 

与现有技术相比，本发明提供的一种符合IEC61400-13标准的风电机组载荷测试系统，具有以下优点： 

1、测试的物理量比较多，包括风速、风向、气温、气压、降雨量等气象量；风电机组的有功功率、无功功率、变桨角度、风轮转速、发电机转速、偏航角度等风电机组的参数，最重要的是包括风电机组各个主要位置的载荷量； 

2、依据IEC61400-13研发，标准化程度较高，更加规范； 

3、可应用于验证风电机组设计载荷、优化风电机组设计方案，检测出厂风电机组的质量，遏制安全性事故发生等方面，具有很强的实用性； 

4、本测试系统完全符合IEC61400-13标准规定，满足国内外各风电机组认证机构和制造商对风电机组载荷测试的要求，测试结果能够在国际上得到认可。本测试系统解决了长期以来国内风电机组制造商对风电机组载荷只能仿真，不能现场实际测量的问题，填补了国内在风电机组载荷测试方面的空白； 

4、本测试系统完全符合IEC61400-13标准规定，满足国内外各风电机组认证机构和制造商对风电机组载荷测试的要求，测试结果能够在国际上得到认可。本测试系统解决了长期以来国内风电机组制造商对风电机组载荷只能仿真，不能现场实际测量的问题，填补了国内在风电机组载荷测试方面的空白； 

5、长期以来，国内风电机组认证机构开展完整的风电机组型式认证存在困难，很大程度上在于国内缺乏风电机组型式试验，而这型式试验主要就是风电机组载荷测试比较复杂，难以进行；本发明提供的测试系统提供了风电机组载荷测试的完整解决方案，为国内风电机组型式认证起到了推动作用； 

6、风电机组载荷测试需要在条件恶劣的现场进行，且测量参数多、测量工况多、测试时间长，给测试的稳定性和准确性带来较大的困难；本发明提供的测试系统能够在复杂的环境条件下长期稳定地运行，并且分布式的模块化测试系统保证了测试的准确度； 

7、风电机组载荷测试系统完全符合IEC61400-13的要求，测试结果可以与当今世界上几个主要风电测试机构的测试结果比对；该测试系统采用模块化的分布式系统，便于安装和替换； 

8、系统在运行稳定性和安全性方面具有很高的水准，系统研发时考虑到我国的风电场普遍位于偏远的地区，并且环境比较恶劣，所以在系统中配备了大量的信号隔离保护模块和温度调节模块包括电源保护模块、信号保护模块、通讯保护模块，降低雷击、电涌等意外事件对系统可能产生的影响；每个子系统中都配置了温度控制模块，保证系统在低温环境下可以长时间稳定运行，保证系统可以长时间稳定地运行； 

9、各子系统与主系统之间通过CANBUS通信，方式简单，不易被干扰； 

10、模块化的系统，各子系统都是独立的测试系统；大量的保护设备保证系统长时间稳定运行；可以提供风机在各种风速情况下、各种状态下的载荷情况； 

11、模块化的系统，便于集成和更换；每个子系统之间都做了隔离，保证某个子系统出现问题后不会影响其他系统。 

[附图说明]

图1是：本发明提供的一种风电机组载荷测试系统分布结构示意图； 

图2是：本发明提供的一种风电机组载荷测试系统的轮毂测试系统结构示意图； 

图3是：本发明提供的一种风电机组载荷测试系统的气象测试系统结构示意图； 

图4是：本发明提供的一种风电机组载荷测试系统的主控制系统结构示意图； 

图5是：本发明提供的一种风电机组载荷测试系统的塔顶测试系统结构示意图； 

图中：1、轮毂测试系统；2、塔顶测试系统；3、主控制系统；4、气象测试系统。 

[具体实施方式]

以下结合附图说明及具体实施方式对本发明提供的一种风电机组载荷测试系统，做进一步更详细的说明。 

实施例1

本实施例的符合IEC61400-13标准的风电机组载荷测试系统，包括轮毂测试系统1、塔顶测试系统2、气象测试系统4在内的子系统和主控制系统3；气象测试系统4安装在测风气象桅杆的底部，塔顶测试系统2安装在塔筒顶部，轮毂测试系统1安装在风电机组轮毂内，运行时随风电机组轮毂一起旋转；主控制系统安装在塔筒底部。 

子系统与主控制系统3之间通过电缆连接，通过CANBUS进行通信，并且主控制系统3控制各子系统的启动和关停。 

主控制系统3中设有远程监控模块，通过GSM modem或TCP/IP与主控系统远程连接，通过主控制系统3对整个测试系统进行控制。 

如图1或4所示，轮毂测试系统1和塔顶测试系统2均包括温控装置，SC-16模拟量采集设备、高频滤波器、信号防雷模块；温控装置的一端接口通过电缆与散热片连接，另一端接口通过插座与高频滤波器连接；信号防雷模块的一端接口通过电缆与SC-16模拟量采集设备连接，另一端接口通过电缆与应变调理模块连接。 

如图3所示，主控制系统3包括IMC-7008数据采集设备、工控机、高频滤波器、信号端子、光耦模块、继电器和隔离模块；IMC-7008数据采集设备的一端接口通过电缆与工控机及光电隔离模块和隔离放大器DC/DC模块连接，另一端接口通过电缆与光耦模块及隔离放大器DC/DC模块连接；隔离放大器DC/DC模块通过电缆还与信号端子模块连接。 

如图2所示，气象测试系统4包括DI16数字量采集设备、光耦模块、高频滤波器、光电隔离模块、信号防雷模块和SC-16模拟量采集设备；DI16数字量采集设备的一端接口与光耦模块连接，另一端接口与SC-16模拟量采集设备的一端接口连接，SC-16模拟 量采集设备的另一端与高频滤波器的一端接口连接，高频滤波器的一端还与光耦模块及光电隔离模块连接，高频滤波器的另一端接口通过电缆与信号防雷模块的接口连接。 

信号防雷模块还与光耦模块连接；工控机的接口通过电路板还与继电器连接。 

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：技术人员阅读本申请说明书后依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均未脱离本发明申请待批的权利要求保护范围之内。