[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

本發明提供了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，所述試驗裝置包括扭矩加載單元、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、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一端連接，推力加載單元通過推力測量裝置與模擬用風力發電機組另一端連接，結構響應測量裝置安裝于模擬用風力發電機組上，試驗裝置控制系統同以上其他單元與裝置進行電氣與通訊連接。通過所述試驗裝置可同時實現對風電機組推力與扭矩快速加載與閉環控制，以及結構響應與機組發電輸出特性實時測量，能夠更加全面系統實現對風電機組運行機理與動態響應及性能的試驗研究。

技術領域

本發明涉及風力發電領域，具體涉及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。

背景技術

風電機組在試驗室的試驗研究對于揭示風電機組的重要特性機理、檢驗機組重要設計方案與控制方法及算法的可行性與有效性、驗證機組重要指標與動態性能同設計目標與要求的一致性等方面至關重要。

目前風電機組的試驗室試驗主要包括全尺度試驗裝置和模型縮比試驗裝置。在全尺度試驗裝置中，由于當前風電機組額定功率達兆瓦級，尺寸較大，因此不可能在試驗室建立一套同風電機組完全等尺寸和規模的全尺度試驗裝置，因此風電機組設計與制造商大多僅建立可實現扭矩加載的對拖試驗臺，且不包含塔架，該類試驗臺無法實現推力的加載與包含塔架后的結構響應特性的試驗測試。在模型縮比試驗裝置中，通常采用同全尺度試驗裝置類似的縮比試驗裝置或采用機組全結構縮比試驗裝置，但采用全結構縮比試驗裝置還需配備大型風洞，以獲得推力載荷，需投入設施極其高昂，不利于全面推廣，且該裝置無法快速實現推力與扭矩的閉環控制。

發明內容

針對現有技術的上述缺點和不足，本發明的目的在于提供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，可同時實現對風電機組縮比模型的推力與扭矩動態快速加載與閉環控制，以及結構響應與機組發電輸出特性的實時測量。

本發明采用如下技術方案來實現的：

一種用于研究風電機組推力與扭矩動態特性的試驗裝置，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，控制整個試驗裝置按照給定的控制方案與邏輯進行運行試驗。

本發明進一步的改進在于，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。

本發明進一步的改進在于，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。

本發明進一步的改進在于，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。

本發明進一步的改進在于，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。