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大型风电机组仿真及试验系统
时间:   2015-04-28 点击次数: 3218 次

成果名称 大型风电机组仿真及试验系统
国家科技计划项目资助类别 863计划 技术成熟度
成果已应用情况 实施成果转化需求
完成单位 新疆金风科技股份有限公司
所属技术领域 新能源与高效节能 课题编号 2009AA05Z439
课题名称 大型风电机组仿真及试验系统开发与研制
成果类型
成果应用行业 电力、燃气及水的生产和供应业
获奖情况
申请或获得的专利名称 申请号或批准号 申请批准国别
风机载荷的测量装置、系统和风机控制系统 CN201210288220.x 中国
一种扭矩测量装置及该装置的标定方法 CN201210296058.6 中国
一种直驱电机试验台 ZL201020111874.1 中国
成果简介:

  该系统采用电能回馈结构,20kV公共电网经变频器驱动电机,拖动电机驱动被试机组发电,被试机组发出的电能经被试机组变流器回馈到拖动端,为拖动端变流器和电机的运行提供能量,在试验台内部流动实现电能回馈,运行过程中外部电网只需要补充损耗能量,极大节约运行成本。
  试验平台基础按照15MW设计,扩展性强。目前可针对国内外6MW及以下容量的主流机型进行全工况仿真试验,试验台建设达到国内领先、国际先进水平。总体投资规模6000万,现已投入使用。
?  主要技术特点
1、通用型整机试验平台:采用整体倾斜式结构可实现机组与现场相同的机械连接方式;综合设计机械连接接口;可以实现对直驱,半直驱,双馈等各种机型的安装和试验;中低压配电综合设计可实现不同电压等级机组试验。
2、低速大扭矩高精度测量:开发专用传感器突破性的解决了风电行业低速轴大载荷6MNm级别的高精度测试的难题,传感器标定精度1%以内。
3、全量程宽带功率测试:通过电子量程自动换挡可实现全量程范围内的电流电压高精度电气指标测试,宽量程设计可实现最高3300V、7000A的电气测试。
4、拖动系统直驱电机直接驱动:易于仿真与现场工况的一致性,无齿箱结构避免齿轮箱造成的效率损失和故障,结构简单、效率高、易维护。
?  试验项目:机组联调试验,可对发电机、变流器、主控系统进行联调试验。实现:空载试验、负载特性试验、过载试验、风况模拟下的运行试验、故障模拟试验、紧急制动试验、低电压穿越试验等。 
?  主要技术指标 
? 建设容量:6MW以下,扩展容量:15MW。 
? 总体结构:模拟机组除叶轮及偏航以外的工况,模拟仿真度高。 
? 额定电压:690V AC/620V AC/3300V AC,满足目前风电行业主流机组(低压机组)的试验要求以及未来风电发展趋势的要求(中压机组),电气通用性强。 
? 试验机型:可满足目前风电各种主流机型的试验要求,包括直驱机型、半直驱机型、双馈机型等,机械结构通用性强。 
? 转速范围:满足目前风电主流机型转速要求,转速可在0~25rpm范围内平滑调速,可在额定范围内任意转速转矩点连续运转。 
? 测试精度:电气参数测试精度:0.5%;低速轴大扭矩测试精度:1%。

?  关键技术攻关指标 
  该试验系统最要的关键技术攻关指标如下。
? 低速大扭矩高精度测量及标定
  目前国内做过的外式测力天平均属小量程,德国HBM 扭矩传感器1MNm,无成熟的MNm量级测力技术和实践经验。通过调研、技术研究和多方案比对,采用“比例测量、二次标定”方法解决低速轴大载荷测试的难题。比例测量就是将载荷按比例通过传感器和连接法兰,只有很小的载荷通过传感器;二次标定是采用精确标定设备完成传感器的标定,然后将其与连接法兰装配,通过外接杠杆等设备进行比例系数标定。
设计载荷:测量扭矩:6MNm 极限扭矩:15MNm;标定载荷:2MNm;测量综合不确定度:1%。
? 高精度动态电气性能测量
  目前风电机组电气测试一般使用霍尔电压电流传感器进行原始数据的采集,通过后台处理计算或者功率分析仪等测试设备进行数据的采集和处理,测试结果受传感器和后台数据处理单元的精度限制,虽然目前电气参数测试技术已经十分成熟,但仍有一些关键问题没有得到解决,主要是传感器量程固定,低量程时测试误差明显增大,无法保证低量程时的测试精度。宽带功率传感器是一种将宽频带的电压、电流传感器组合为一体的数字传感器,采用前端数字化和内部量程转换技术。通过光纤直接输出数字量,输出与宽带功率分析仪相连,可在复杂电磁环境下,满足宽幅值、宽频带、低功率因数等条件下的高精度测试。传感器内部通过电子换挡可实现量程的无间隙换档测试,解决了低量程情况下精度低的问题。
  测试量程:0-3300V,0-3500A(并联0-7000A测试范围);
  标定精度:全量程精度0.5%;
  采样频率:250kHz/每通道;
  标定测试示值误差结果的扩展不确定度:电压Urel=0.000004,k=2,电流Urel=0.00004,k=2。


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