[发明专利]一种用于研究风电机组推力与扭矩动态特性的试验装置与方法

说明书

本发明提供了一种用于研究风电机组推力与扭矩动态特性的试验装置与方法，所述试验装置包括扭矩加载单元、扭矩测量装置、模拟用风力发电机组、推力加载单元、推力测量装置、结构响应测量装置、试验装置控制系统；扭矩加载单元通过扭矩测量装置与模拟用风力发电机组一端连接，推力加载单元通过推力测量装置与模拟用风力发电机组另一端连接，结构响应测量装置安装于模拟用风力发电机组上，试验装置控制系统同以上其他单元与装置进行电气与通讯连接。通过所述试验装置可同时实现对风电机组推力与扭矩快速加载与闭环控制，以及结构响应与机组发电输出特性实时测量，能够更加全面系统实现对风电机组运行机理与动态响应及性能的试验研究。

技术领域

本发明涉及风力发电领域，具体涉及一种用于研究风电机组推力与扭矩动态特性的试验装置与方法。

背景技术

风电机组在试验室的试验研究对于揭示风电机组的重要特性机理、检验机组重要设计方案与控制方法及算法的可行性与有效性、验证机组重要指标与动态性能同设计目标与要求的一致性等方面至关重要。

目前风电机组的试验室试验主要包括全尺度试验装置和模型缩比试验装置。在全尺度试验装置中，由于当前风电机组额定功率达兆瓦级，尺寸较大，因此不可能在试验室建立一套同风电机组完全等尺寸和规模的全尺度试验装置，因此风电机组设计与制造商大多仅建立可实现扭矩加载的对拖试验台，且不包含塔架，该类试验台无法实现推力的加载与包含塔架后的结构响应特性的试验测试。在模型缩比试验装置中，通常采用同全尺度试验装置类似的缩比试验装置或采用机组全结构缩比试验装置，但采用全结构缩比试验装置还需配备大型风洞，以获得推力载荷，需投入设施极其高昂，不利于全面推广，且该装置无法快速实现推力与扭矩的闭环控制。

发明内容

针对现有技术的上述缺点和不足，本发明的目的在于提供一种用于研究风电机组推力与扭矩动态特性的试验装置与方法，可同时实现对风电机组缩比模型的推力与扭矩动态快速加载与闭环控制，以及结构响应与机组发电输出特性的实时测量。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种用于研究风电机组推力与扭矩动态特性的试验装置，包括扭矩加载单元、扭矩测量装置、模拟用风力发电机组、推力加载单元、推力测量装置、结构响应测量装置和试验装置控制系统；

扭矩加载单元通过扭矩测量装置与模拟用风力发电机组的发电机一个轴端连接，为模拟用风力发电机组提供输入的动态扭矩；推力加载单元通过推力测量装置与模拟用风力发电机组的发电机另一个轴端连接，为模拟用风力发电机组提供输入的动态推力；结构响应测量装置安装于模拟用风力发电机组的支撑塔架上，用于对风力发电机组的塔架结构响应进行实时测量；扭矩测量装置用于对扭矩加载单元输入的动态扭矩进行实时测量；推力加载单元用于对推力加载单元输入的动态推力进行实时测量；试验装置控制系统与扭矩加载单元、扭矩测量装置、模拟用风力发电机组、推力加载单元、推力测量装置、结构响应测量装置进行电气与通讯连接，控制整个试验装置按照给定的控制方案与逻辑进行运行试验。

本发明进一步的改进在于，扭矩加载单元由拖动变流器和拖动电机组成，拖动变流器和拖动电机采用电气连接，拖动电机选择具备变频调速能力的变频调速电机。

本发明进一步的改进在于，扭矩测量装置为能够实现对转速和扭矩进行测量的动态扭矩传感器，其两端为伸出轴端结构，能够实现联轴器键连接。

本发明进一步的改进在于，模拟用风力发电机组由发电机、发电机上部支撑台架、机组下部塔架和机组变流器共4部分组成，其中发电机与发电机上部支撑台架采用螺栓连接，发电机上部支撑台架与机组下部塔架采用螺栓连接，机组变流器与发电机与采用电气连接。

本发明进一步的改进在于，该发电机轴设计为两端伸出结构，轴的一端能够实现与联轴器的键连接，轴的另一端能够实现与轴承的配合连接；该发电机为永磁同步发电机，或者为异步发电机。