[发明专利]一种风力发电机组传动链效率测试装置及测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及整体风力发电机组传动链效率测试系统，具体地讲是一种可以分别测量风电机组风轮利用率、机械损失、电气损失、传动链效率和功率系数的装置及测试方法。

背景技术

风力发电机组是从风能中吸收能量，将风能转换成机械能，再通过机组传动链将机械能转化成电能的设备。风力发电机组传动效率的好坏直接影响着机组性能，由于中国国内气候环境比较特殊，比如高原环境和低温环境。在这两种情况下机组传动链损失肯定存在差别，如果机组损耗太大直接影响机组性能。如何合理有效的得到整个传动链的效率情况，就需要搭建方便合理的测试系统和方法，才能得到不同条件下整个机组的传动效率，另外可以横向对比不同传动链结构形式的传动效率。目前国内对这方面的资料比较少，尤其是机组运行在不同环境条件下，对机组传动链方面的机械损失和电气损失没有办法衡量，对机组系统建模和机组性能影响较大。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述目前风电传动链效率检测存在的问题，提供一种结构简单、方便实用、能够有效测量风力发电机组的风轮利用系数、机械损失、电气损失、传动链效率和功率系数等的方法及设备。

实现本发明的技术方案是：一种测量风电机组传动链效率的装置，其特征在于：包括风速计、风向标、温度压力传感器、低速轴转矩仪、高速轴转矩仪、低速轴应变片、高速轴应变片、电流互感器、功率变送器和数据采集处理器；所述风速计、风向标和温度压力传感器安装于测风塔上，测量风场当地实时气象条件；所述低速轴转矩仪和低速轴应变片安装在主轴上，测量低速轴转矩和低速轴转速；所述高速轴转矩仪和高速轴应变片安装于高速轴上，测量高速轴转矩和高速轴转速；所述电流互感器安装于箱变侧，同时需要接出并网侧电压信号，两者信号再接线到功率变送器，测量机组并网功率；上述温度压力传感器的输出线、低速轴转矩仪和应变片输出线、高速轴转矩仪和应变片输出线、功率变送器输出线均连接到数据采集处理器，通过数据采集处理器同步记录所有测量信号，并进行数据处理与分析。

一种测量风电机组传动链效率的方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、将风速计、风向标和温度压力传感器安装于测风塔上，温度压力传感器输出线连接到数据采集处理器,测量风场当地实时气象条件；将低速轴转矩仪和低速轴应变片安装在主轴上，其输出线连接到数据采集处理器，测量低速轴转矩和低速轴转速；将高速轴转矩仪和高速轴应变片安装于高速轴上，其输出线连接到数据采集处理器，测量高速轴转矩和高速轴转速；将电流互感器安装于箱变侧，同时接出并网侧电压信号，两者信号再接线到功率变送器，功率变送器输出线连接到数据采集处理器，测量机组并网功率；

b、利用压力温度传感器测量结果，再通过公式(1)计算得到当地的空气密度。利用低速轴转矩仪、高速轴转矩仪、低速轴应变片、高速轴应变片测量低速轴和高速轴的转矩及转速值，其乘积就可分别得到低速轴和高速轴的功率。利用电流互感器和并网侧电压信号接入功率变送器，可测量得到机组的并网功率；

其中，ρ：空气密度kg/m³；B：大气压力Pa；R₀：气体常数；T：温度K；

c、利用上面得到的空气密度和低速轴功率，就可以计算得到风轮利用系数，具体计算公式(2)；

其中，C_p1：风轮利用系数；P_Lss：低速轴功率kW；ρ：空气密度kg/m³，A：风轮扫风面积m²；V：来流风速m/s；

d、利用低速轴和高速轴测量转矩值计算得到齿轮箱的机械损失转矩，分组统计得到不同环境温度条件下，不同低速轴转速对应不同低速轴输入转矩下的齿轮箱机械损失转矩Q₁情况，具体计算公式(3)；

Q₁＝Q_Lss-Q_Hss(3)

其中，Q₁：机械损失转矩N·m；Q_Lss：低速轴转矩N·m；Q_Hss：高速轴转矩N·m；

e、利用高速轴和并网功率测量值计算得到电气损失功率，分组统计得到不同环境温度条件下，不同高速轴功率(输入功率)对应机组的电功率损失功率P₁情况，包括了发电机和辅助用电损耗，具体计算公式(4)；

P₁＝P_Hss-P_Grid(4)