风电机组核心性能一体化检验检测方法

庄 骏 郭 淼 慈 萌 潘 锋

（1.上海中认尚科新能源技术有限公司 上海 201206；2.中国合格评定国家认可中心 北京 100062）

引言

风电机组核心性能主要包括并网性能和运行性能，其中，并网性能主要指电能质量性能，运行性能包括噪声、机械载荷和功率特性。其测试参数和测试工况互有重叠，具备一体化测试的前提条件。

1 测试前期准备

1.1 风电机组及其电气连接

风电机组连接于中压或高压电网公共连接点，要求电网频率偏差不超过±1 Hz，并具有足够的有功功率和无功功率调节能力。

1.2 测试场地

在测试场地待检风电机组附近竖立固定式测风塔，以确定风电机组的轮毂高度风速及相应气象参数。测试前，需要对场地进行评估，评估要求详见IEC标准[2]中第5.2章的规定。噪声性能检验检测还需要满足IEC标准[4]中第7.1章的规定。

1.3 测试条件

测试条件应满足以下要求：

1）风电机组通过标准变压器与电网直接相连，该变压器的额定视在功率至少应与被测风电机组的额定视在功率相当。

2）风电机组未发电时,在风电机组输出端测量的直到50次谐波的电压总谐波畸变率10 min平均值应小于5 %。在风电机组测试前通过测量确定电压总谐波畸变率。

3）电网频率的0.2 s平均值应在额定频率的±1 %范围内，并且测量所得电网频率变化率的0.2 s平均值应小于额定频率的0.2 %。

4）风电机组输出端的电压10 min平均值应在额定值的±10 %范围内。

5）风电机组输出端测量得到的电压不平衡度10 min平均值应小于2 %。

6）满足传感器标定、传感器工作范围的测试环境。如果数据是在异常条件下记录的（风电机组异常或环境条件异常，例如，叶片上结冰或发生极端的风向变化），则需将其单独归类，以便进一步分析，而且不作为正常运行条件下俘获矩阵的一部分。

2 测试设备

2.1 一体化检验检测设备

设备由数据采集模块、5G千兆网关、云端分析模块及结果展示模块共四个模块组成，详细描述见文献[1]。

2.2 采集参数归类

测试所需采集的参数经过分析整理后，可以归类为以下几个方面。

1）气象参数（共8个参数）见表1。

表1 气象参数汇总表

2） 轮毂参数（共9个通道）见表2。

表2 轮毂参数汇总表

3） 塔顶参数（共8个通道）见表3。

表3 塔顶参数汇总表

4） 塔底参数（共12个通道模拟量，9个通道数字量）见表4。

表4 塔底参数汇总表

5） 噪声参数（共1个通道）见表5。

表5 噪声参数汇总表

2.3 测试参数精度/准确度要求详见表6

表6 测试精度/准确度汇总表

3 测试程序

测试过程中，不同的项目依据不同的IEC测试标准[2-5]，有不同的采集数据量的要求。本文进行梳理汇总，选取测试整体时间占比较高的连续发电状态进行研究，汇总结果见表7。

表7 数据采集要求汇总表

由表7可知，采集数据量有重叠，如果分步骤进行1～4的检验检测项目，所需耗时为4个项目各自时间的总和，但如果同时同步进行4个项目，则只需要1个项目的时间即可完成所有项目，这便是一体化检验检测方法的理论基础。

测试步骤：

——开始测试前，要确保风电机组电气接线完好；

——测试场地符合2.2要求；

——测试条件符合2.3章要求；

——检测人员使用3.1章节所述一体化检验检测设备，实时同步采集第3.2章所述参数，通过5G网络上传至云端并进行分析评估。

其中，为保证测试同步性，噪声测试方法与IEC标准[4]有一定偏离：测试用测风塔为功率特性和机械载荷项目所用轮毂高度固定式测风塔，根据IEC标准[2,3]描述，固定式测风塔测试的风速为实际轮毂高度风速，而噪声测试标准使用的移动式测风塔实际是利用功率标定的结果对轮毂高度风速进行了推导，其计算不确定度包含了功率测量、移动测风塔风速测量和计算用功率特性中的风速和功率测量不确定度4个来源，而使用固定式轮毂高度风速计仅包含功率测量、固定测风塔风速测量2个来源，前者的不确定度计算结果明显要高于后者。

4 项目验证

检测人员选择某风电场，型号为171-4050的风电机组进行了实测验证，使用本文所述的检验检测设备和检验检测方法，在完成机械载荷测试的同时，基本已完成所有核心性能检验检测项目，总的检验检测时间从12个月（4个月机械载荷测试+3个月功率特性测试+2个月电能质量测试+1个月噪声测试+1个月电网适应性+1个月故障电压穿越性能=12个月）缩短至（4个连续测试+2个月瞬态测试=6个月）5个月，测试时间缩短了一半，大大提高了检验检测的效率，其噪声测试的合成不确定度也从±0.99 dB（A）降低到±0.76 dB（A），测试精度得到了提高。

5 结论

综上所述，一体化检验检测方法大大缩短了检验检测时间，同时减少了检验检测的误差，大幅提升了风电机组检验检测的效率和稳定性，同时提高了风电机组产品认证的效率。