大型风力发电机组主控测试系统研究

孟晓帆

摘 要：大型風力发电机组自身运行环境具备复杂多变的特点，运行工况也不能被精准预测，其主控系统需要确保一定的可靠性，为整个系统运行提供有利条件。本文根据以往工作经验，对大型风力发电机组主控系统概述进行总结，并从测试思路、测试系统的组成、系统测试方案、测试的注意事项四方面，论述了大型风力发电机组主控测试工作的具体思路。

关键词：风力发电机组；主控测试系统；注意事项

1 大型风力发电机组主控系统概述

1.1 机组的运行区域

大型风力发电机组的运行情况主要包括5个阶段，首先是启动阶段，当风速达到启动速度之后，系统将会进行偏航对风操作，直到与整个风向形成合适的角度之后为止。此时，桨叶会带动传动轴和发电机运转，但变流器并不会进入到工作状态。其次是并网恒速运行阶段，此时，风力发电机组开始对能量进行获取，并将能量转化成电能。但在该过程中，由于风速较低，叶尖速度较大，降低了风能利用功率。再次是最大风能利用系数跟踪阶段，相关工作人员可以根据具体的控制器设计情况，将发电机的电磁转矩改变，并实现对叶轮转速的全面调整，进而实现最大功率的跟踪操作。另外是限制恒速运行阶段，当发电机达到额定转速之后，其转速将会维持在一个恒定状态。与此同时，人们还可以通过具体的电磁转矩调节，让发电机功率逐步增加到额定功率范畴。最后是额定功率运行阶段，该阶段的风速要比额定风速高出很多，发电机也会在超过额定转速的合理范围内保持运行状态。

1.2 辅助设计工具

在整个大型风力发电机组主控测试系统设计过程中，涉及到的设计工具主要包括VisualC++、MATLAB。为了将不同风速条件下的风机模型线性化特点展示出来，相关工作人员可以通过线性化工具的应用，得到单一风速条件下的风机模型，之后再利用相关软件对物理模型进行全面控制，这其中包括系统工具箱和滤波器设计工具箱等等。

2 大型风力发电机组主控测试工作的具体思路

2.1 测试思路

站在风力发电机组主控系统角度来说，需要被测试的功能主要包括以下几部分，即远程通信、桨距控制和功率控制等等，测试时可以根据具体的功能模块特点，首先进行单步测试，之后在进行连续测试。为了将主控系统测试的全面性和高效性突显出来，人们应该以现场运行需求的总结为主，进而在白盒测试基础上开展黑盒测试工作。另外，在测试数据的统计上，应该以文档记录为主，确保编程内容不会受到任何外部因素的影响。根据具体的风力发电机组标准和厂家设计思路等，可以确保整个风力发电机组不会出现功能缺失等问题。值得注意的是，在具体测试过程中，需要对行业通用的仿真软件进行应用，只有这样，才能确保功率控制策略具备较高的可行性。[1]

2.2 测试系统的组成

测试系统的搭建主要是对现场运行情况进行有效模拟，从而将主控测试系统的运行情况展示出来，让主控系统的运行状态顺利切换，实现对各种情况的观测和分析，模拟出各种类型的故障。该项测试系统主要包括通信系统、模拟风机以及变流系统等等。其中，通信系统中的网路主要作用是外接网络，系统不同，所对应的通信接口也不同。其次，在风力发电机组温度测量上，常用的测量工具为PT100，可以对各种温度类型故障和控制功能进行模拟。在此过程中，各种电流信号将会被电流源代替，在完成风向模拟等过程之后，确保测试流程的完善。字啊仿真 变桨、变流等功能展示上，还需要建立起与主控的通讯连接，从而对主控系统中的功能和性能进行检测。

2.3 系统测试方案

在系统搭建工作完成之后，工作人员需要对系统之间的通信状态进行测试，如变桨、变流等，在各种类型的监控软件的作用下，可以将具体上送信息状态展示出来，并根据电气原理图纸，对DI/AI信息进行合理验证。待所有验证工作结束之后，工作人员可以利用相关软件对各种情况进行模拟，进而实现功能性测试。主要的测试项目如下：首先，对风力发电机组之中的各种启动方式进行验证，这其中包括自动启动、面板人机启动等等。当控制系统上电之后，整个系统的安全性也会被突显出来。其次，检测风力发电机组之中的启动条件是否与标准状态相符，这些条件内容主要有压力、温度和风速等等。第三，验证整个过程中故障响应是否具备良好效果。第四，看启动过程中的温控、偏航等内容是否有效。第五，看风力发电机组每天的启动次数是否收到了限制。第六，在启动过程中，风向变化是否对启动过程产生影响。[2]

2.4 测试的注意事项

当所有主控系统功能测试工作全部结束之后，人们还需要做好文档的分析和测试工作，在测试之前，相关工作人员需要根据实际情况和环境，制定出良好的测试计划，确保风力发电机组的控制系统功能得到全面满足，进而对发电机组相关标准进行满足。除此之外，整个测试过程中的测试模板也需要具备一定的科学性，避免由于人为等因素的影响，导致测试结果出现不同性。一旦在测试过程中出现问题，便需要对其进行跟踪记录，避免问题丢失、遗漏等问题出现。由于测试程序随时可能被修改，人们需要对测试过程中的程序进行适当修改，并开展回归测试，确保已经修改好的程序在应用过程中不会再出现其他问题，确保测试系统的完善性。

3 总结

综上所述，由于该测试系统的开发，为大型风力发电机组的全面动态测试提供了巨大便利，并将现场调试工作转移到了实验室，实现了测试成本的有效节约。除此之外，该项测试系统让测试工作不会受到各种自然因素的限制，随机性、间接性等问题也得到了排除，测试间也得到了明显的缩短，增加了产品的开发效率。

参考文献：

[1]孙振军，吴勇.工业机器人和机器视觉在风力发电机组变桨轴承装配中的应用[J].上海电气技术，2018（03）：1.4+10.

[2]杨海如，喻国铭，徐仕伟.碳纤维复合材料风力发电机叶片振动特性研究[J].玻璃钢/复合材料，2018（09）：70.74.