[發明專利]一種用于研究風電機組推力與扭矩動態特性的試驗裝置與方法

有效

• 申請號: 202110033142.8
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112727708B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 雷航;張瑞剛;余成;劉慶元;李萬鎰
• 申請（專利權）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: F03D17/00
• 分類號: F03D17/00;F03D80/00;G06F30/20
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

1.一種用于研究風電機組推力與扭矩動態特性的試驗裝置，其特征在于，包括扭矩加載單元、扭矩測量裝置、模擬用風力發電機組、推力加載單元、推力測量裝置、結構響應測量裝置和試驗裝置控制系統；

扭矩加載單元通過扭矩測量裝置與模擬用風力發電機組的發電機一個軸端連接，為模擬用風力發電機組提供輸入的動態扭矩；推力加載單元通過推力測量裝置與模擬用風力發電機組的發電機另一個軸端連接，為模擬用風力發電機組提供輸入的動態推力；結構響應測量裝置安裝于模擬用風力發電機組的支撐塔架上，用于對風力發電機組的塔架結構響應進行實時測量；扭矩測量裝置用于對扭矩加載單元輸入的動態扭矩進行實時測量；推力加載單元用于對推力加載單元輸入的動態推力進行實時測量；試驗裝置控制系統與扭矩加載單元、扭矩測量裝置、模擬用風力發電機組、推力加載單元、推力測量裝置、結構響應測量裝置進行電氣與通訊連接，控制整個試驗裝置進行運行試驗。

2.根據權利要求1所述的用于研究風電機組推力與扭矩動態特性的試驗裝置，其特征在于，扭矩加載單元由拖動變流器和拖動電機組成，拖動變流器和拖動電機采用電氣連接，拖動電機選擇具備變頻調速能力的變頻調速電機。

3.根據權利要求1所述的用于研究風電機組推力與扭矩動態特性的試驗裝置，其特征在于，扭矩測量裝置為能夠實現對轉速和扭矩進行測量的動態扭矩傳感器，其兩端為伸出軸端結構，能夠實現聯軸器鍵連接。

4.根據權利要求1所述的用于研究風電機組推力與扭矩動態特性的試驗裝置，其特征在于，模擬用風力發電機組由發電機、發電機上部支撐臺架、機組下部塔架和機組變流器共4部分組成，其中發電機與發電機上部支撐臺架采用螺栓連接，發電機上部支撐臺架與機組下部塔架采用螺栓連接，機組變流器與發電機與采用電氣連接。

5.根據權利要求4所述的用于研究風電機組推力與扭矩動態特性的試驗裝置，其特征在于，該發電機軸設計為兩端伸出結構，軸的一端能夠實現與聯軸器的鍵連接，軸的另一端能夠實現與軸承的配合連接；該發電機為永磁同步發電機，或者為異步發電機。

6.根據權利要求4所述的用于研究風電機組推力與扭矩動態特性的試驗裝置，其特征在于，扭矩加載單元中的拖動電機、扭矩測量裝置均安裝于該發電機支撐臺架上；該支撐臺架采用槽鋼焊接結構。

7.根據權利要求1所述的用于研究風電機組推力與扭矩動態特性的試驗裝置，其特征在于，推力加載單元由液壓站、液壓管路、液壓缸、液壓缸支撐架和推力傳遞裝置共5部分組成；液壓站與液壓管路的一端連接，液壓管路的另一端與液壓缸連接，液壓缸安裝于液壓缸支撐架上，推力傳遞裝置的一端通過推力測量裝置與液壓缸連接，推力傳遞裝置的另一端同模擬用風力發電機組的發電機軸端連接。

8.根據權利要求7所述的用于研究風電機組推力與扭矩動態特性的試驗裝置，其特征在于，推力傳遞裝置由軸承端蓋、軸承端蓋連接螺栓、軸承、軸承外圈法蘭、軸承內圈鎖緊螺母、約束旋轉桿共6部分組成；軸承內圈安裝于模擬用風力發電機組的發電機的軸端上，軸承外圈安裝于軸承外圈法蘭中，軸承內圈鎖緊螺母安裝于模擬用風力發電機組的發電機的軸端上并對軸承內圈起到限位與鎖緊作用，軸承端蓋采用軸承端蓋連接螺栓安裝于軸承外圈法蘭上，約束旋轉桿安裝于軸承端蓋上。

9.根據權利要求8所述的用于研究風電機組推力與扭矩動態特性的試驗裝置，其特征在于，軸承選用能夠承載軸向推力并具備調心能力的軸承。

10.一種用于研究風電機組推力與扭矩動態特性的試驗方法，其特征在于，該試驗方法基于權利要求1至9中任一項所述的用于研究風電機組推力與扭矩動態特性的試驗裝置，包括以下步驟：

步驟SS1：計算獲得給定風況下的風電機組推力和扭矩動態載荷

給定動態時序風況，通過建模計算得到風電機組的推力和扭矩動態載荷，將推力和扭矩動態載荷時序數據傳輸至試驗裝置控制系統；

步驟SS2：推力與扭矩載荷加載控制

1）試驗裝置控制系統將推力載荷信號傳遞至推力加載單元，通過推力加載單元實現推力輸出，推力測量裝置將測量的實際推力數據傳送回試驗裝置控制系統，實現推力加載的閉環控制；

2）試驗裝置控制系統將扭矩載荷信號傳遞至扭矩加載單元，通過扭矩加載單元實現扭力的加載，扭矩測量裝置將測量的實際扭矩數據傳送回試驗裝置控制系統，實現扭矩加載的閉環控制；

步驟SS3：模擬用風力發電機組的發電特性輸出與結構響應測量

試驗裝置控制系統對模擬用風力發電機組進行控制，實現對模擬用風力發電機組的發電特性輸出，并對輸出特性進行測量，同時結構響應測量裝置對模擬用風力發電機組在推力與扭矩同時加載工況下的結構響應進行測量，并將測量結果傳送至試驗裝置控制系統。