大型風力發電機組主控測試系統研究

孟曉帆

摘 要：大型風力發電機組自身運行環境具備復雜多變的特點，運行工況也不能被精準預測，其主控系統需要確保一定的可靠性，為整個系統運行提供有利條件。本文根據以往工作經驗，對大型風力發電機組主控系統概述進行總結，并從測試思路、測試系統的組成、系統測試方案、測試的注意事項四方面，論述了大型風力發電機組主控測試工作的具體思路。

關鍵詞：風力發電機組；主控測試系統；注意事項

1 大型風力發電機組主控系統概述

1.1 機組的運行區域

大型風力發電機組的運行情況主要包括5個階段，首先是啟動階段，當風速達到啟動速度之后，系統將會進行偏航對風操作，直到與整個風向形成合適的角度之后為止。此時，槳葉會帶動傳動軸和發電機運轉，但變流器并不會進入到工作狀態。其次是并網恒速運行階段，此時，風力發電機組開始對能量進行獲取，并將能量轉化成電能。但在該過程中，由于風速較低，葉尖速度較大，降低了風能利用功率。再次是最大風能利用系數跟蹤階段，相關工作人員可以根據具體的控制器設計情況，將發電機的電磁轉矩改變，并實現對葉輪轉速的全面調整，進而實現最大功率的跟蹤操作。另外是限制恒速運行階段，當發電機達到額定轉速之后，其轉速將會維持在一個恒定狀態。與此同時，人們還可以通過具體的電磁轉矩調節，讓發電機功率逐步增加到額定功率范疇。最后是額定功率運行階段，該階段的風速要比額定風速高出很多，發電機也會在超過額定轉速的合理范圍內保持運行狀態。

1.2 輔助設計工具

在整個大型風力發電機組主控測試系統設計過程中，涉及到的設計工具主要包括VisualC++、MATLAB。為了將不同風速條件下的風機模型線性化特點展示出來，相關工作人員可以通過線性化工具的應用，得到單一風速條件下的風機模型，之后再利用相關軟件對物理模型進行全面控制，這其中包括系統工具箱和濾波器設計工具箱等等。

2 大型風力發電機組主控測試工作的具體思路

2.1 測試思路

站在風力發電機組主控系統角度來說，需要被測試的功能主要包括以下幾部分，即遠程通信、槳距控制和功率控制等等，測試時可以根據具體的功能模塊特點，首先進行單步測試，之后在進行連續測試。為了將主控系統測試的全面性和高效性突顯出來，人們應該以現場運行需求的總結為主，進而在白盒測試基礎上開展黑盒測試工作。另外，在測試數據的統計上，應該以文檔記錄為主，確保編程內容不會受到任何外部因素的影響。根據具體的風力發電機組標準和廠家設計思路等，可以確保整個風力發電機組不會出現功能缺失等問題。值得注意的是，在具體測試過程中，需要對行業通用的仿真軟件進行應用，只有這樣，才能確保功率控制策略具備較高的可行性。[1]

2.2 測試系統的組成

測試系統的搭建主要是對現場運行情況進行有效模擬，從而將主控測試系統的運行情況展示出來，讓主控系統的運行狀態順利切換，實現對各種情況的觀測和分析，模擬出各種類型的故障。該項測試系統主要包括通信系統、模擬風機以及變流系統等等。其中，通信系統中的網路主要作用是外接網絡，系統不同，所對應的通信接口也不同。其次，在風力發電機組溫度測量上，常用的測量工具為PT100，可以對各種溫度類型故障和控制功能進行模擬。在此過程中，各種電流信號將會被電流源代替，在完成風向模擬等過程之后，確保測試流程的完善。字啊仿真 變槳、變流等功能展示上，還需要建立起與主控的通訊連接，從而對主控系統中的功能和性能進行檢測。

2.3 系統測試方案

在系統搭建工作完成之后，工作人員需要對系統之間的通信狀態進行測試，如變槳、變流等，在各種類型的監控軟件的作用下，可以將具體上送信息狀態展示出來，并根據電氣原理圖紙，對DI/AI信息進行合理驗證。待所有驗證工作結束之后，工作人員可以利用相關軟件對各種情況進行模擬，進而實現功能性測試。主要的測試項目如下：首先，對風力發電機組之中的各種啟動方式進行驗證，這其中包括自動啟動、面板人機啟動等等。當控制系統上電之后，整個系統的安全性也會被突顯出來。其次，檢測風力發電機組之中的啟動條件是否與標準狀態相符，這些條件內容主要有壓力、溫度和風速等等。第三，驗證整個過程中故障響應是否具備良好效果。第四，看啟動過程中的溫控、偏航等內容是否有效。第五，看風力發電機組每天的啟動次數是否收到了限制。第六，在啟動過程中，風向變化是否對啟動過程產生影響。[2]

2.4 測試的注意事項

當所有主控系統功能測試工作全部結束之后，人們還需要做好文檔的分析和測試工作，在測試之前，相關工作人員需要根據實際情況和環境，制定出良好的測試計劃，確保風力發電機組的控制系統功能得到全面滿足，進而對發電機組相關標準進行滿足。除此之外，整個測試過程中的測試模板也需要具備一定的科學性，避免由于人為等因素的影響，導致測試結果出現不同性。一旦在測試過程中出現問題，便需要對其進行跟蹤記錄，避免問題丟失、遺漏等問題出現。由于測試程序隨時可能被修改，人們需要對測試過程中的程序進行適當修改，并開展回歸測試，確保已經修改好的程序在應用過程中不會再出現其他問題，確保測試系統的完善性。

3 總結

綜上所述，由于該測試系統的開發，為大型風力發電機組的全面動態測試提供了巨大便利，并將現場調試工作轉移到了實驗室，實現了測試成本的有效節約。除此之外，該項測試系統讓測試工作不會受到各種自然因素的限制，隨機性、間接性等問題也得到了排除，測試間也得到了明顯的縮短，增加了產品的開發效率。

參考文獻：

[1]孫振軍，吳勇.工業機器人和機器視覺在風力發電機組變槳軸承裝配中的應用[J].上海電氣技術，2018（03）：1.4+10.

[2]楊海如，喻國銘，徐仕偉.碳纖維復合材料風力發電機葉片振動特性研究[J].玻璃鋼/復合材料，2018（09）：70.74.