电压源风电机组运行性能在线测试系统和自动化测试方法

技术特征：
1.一种电压源风电机组运行性能在线测试系统，其特征在于，包括安装有gh bladed软件的第一计算机、实时仿真器、实时仿真器的上位机第二计算机、执行综合性能判断程序的第三计算机、通信plc、主控制器、变流器控制器和以太网交换机；所述第一计算机、第二计算机、第三计算机、通信plc、主控制器、变流器控制器通过以太网交换机进行通讯。2.根据权利要求1所述的电压源风电机组运行性能在线测试系统，其特征在于，gh bladed软件构建的风电机组综合模型包含时域风场模型、空气动力学模型、结构动态模型和传动链模型，通过实时仿真得到机组信息；所述结构动态模型包括风轮、机舱偏航和塔架；所述第一计算机通过以太网交换机与通讯plc进行双向通信；所述机组信息包括发电机转速指令和有功指令p
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；由第一计算机流向通信plc的信号包括风速信号v
w
、发电机转速指令和有功指令p
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；风速信号v
w
、发电机转速指令和有功指令p
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由通信plc传递给主控制器，主控制器设定不同的控制方式对风机进行控制，使风机处于恒转速运行方式或恒功率运行方式；主控制器利用接收到的风速信号和转速信号对风机进行mppt控制，得到风电机组的发电功率指令，将发电功率指令发送给变流器控制器；主控制器利用接收到的转速指令对风力发电机进行转速控制，进而得到发电机的第一转矩控制指令信号，并将第一转矩控制指令信号发送给变换器控制器；主控制器利用接收到的有功指令对风力发电机进行功率控制，进而得到发电机的第二转矩控制指令信号，并将第二转矩控制指令信号发送给变换器控制器；由通信plc流向第一计算机的信号包括桨叶的桨距角；第一计算机利用接收到的桨叶的桨距角信号实现机组变速变桨运行；从实时仿真器流向变流器控制器的信号包括发电机三相端电压、定子三相电流、转子三相电流、直流母线电压和网侧变流器三相电流，通信方式为模拟通信；变流器控制器根据预设的控制方法，利用接收到的电压和电流信号计算出机侧变换器的pwm脉冲、网侧变换器的pwm脉冲、crowbar电路的控制脉冲和chopper电路的控制脉冲；从变流器控制器流向实时仿真器的信号包括机侧变流器三相桥臂的pwm脉冲、网侧变流器三相桥臂的pwm脉冲、crowbar控制脉冲和直流母线chopper控制脉冲，通信方式为数字通信；实时仿真器中接收到的pwm脉冲用于控制机侧和网侧变换器开关的通断，进而实现对发电机发出电能的控制和转换；crowbar控制脉冲控制crowbar电路中开关的通断；chopper控制脉冲控制chopper电路中开关的通断；实时仿真器中包含风力发电系统的电气模型，并配备有模拟信号输入板卡、模拟信号输出板卡、数字信号输入板卡和数字信号输出板卡；其中，风力发电系统的电气模型包括风电机组模型和电网模型；
所述风电机组模型包括双馈风力发电机模型、永磁半直驱风力发电机模型、永磁直驱风力发电机模型和鼠笼直驱风力发电机模型；用户根据需要对风电机组模型进行选择，并对风机参数进行初始化，再由实时仿真器将有关参数传递给变换器控制器模块，以进行相应的控制策略；所述电网模型包含了理想电源串阻抗电网模型和真实电网模型；所述真实电网模型包括同步机、线路和负荷；所述电网模型通过限流阻抗、接地阻抗与开关的配合模拟电网的低电压故障；所述电网模型通过限流阻抗、阻容支路与开关的配合模拟电网的高电压故障。3.根据权利要求1所述的电压源风电机组运行性能在线测试系统，其特征在于，所述第三计算机和第二计算机的通讯数据包括机组参数、电网模型的控制参数、机组运行数据；所述第三计算机与第一计算机的通讯数据包括风力机参数、齿轮箱参数、风速度的设置、叶片运行数据和齿轮箱运行数据；所述第三计算机综合从第一计算机和第二计算机接受到的数据，对风力机进行测试；所述第三计算机利用接收到的机组参数、电网模型的控制参数、机组运行数据、风力机参数、齿轮箱参数、风速度的设置、叶片运行数据和齿轮箱运行数据自动绘制所有运行工况的运行曲线，并对记录的数据进行深入分析、挖掘以及数据统计，并按照不同测试机构的要求自动生成不同的测试报告，给出测试结论和指导性整改建议；所述第三计算机与主控制器的通讯包括风机的启动信号和停止信号；第三计算机默认在接收到风机的启动信号时，开始绘制风机的运行曲线并进行数据分析；在接收到风机的停止信号时，停止绘制风机的运行曲线且不再进行数据分析。4.根据权利要求1所述的电压源风电机组运行性能在线测试系统，其特征在于，所述第三计算机利用python软件构建了风力发电系统的综合性能自动判断模块，对机组的多种运行性能进行测试；所述综合性能自动判断模块包括如下模块：惯量响应判断模块：用于检测当电网频率f
g
上升或下降时，风电机组能否根据预设调频曲线支撑系统频率恢复；对三相电压信号u
abc
和三相电流信号i
abc
进行傅里叶分解，得到正序分量，进而计算出风电机组的有功输出p；有功变化量与频率变化量的比值为有功调频系数k
f
；判断风电机组有功输出和有功调频系数是否达到设定值，如果达到则标志位置1，反之则标志位置0；低压穿越判断模块：用于检测当三相电压跌落时，风电机组能否按照预设响应曲线为系统提供无功支撑；利用三相电压信号u
abc
和三相电流信号i
abc
计算出风机注入电网的动态容性无功电流和无功电流有效值；判断风电机组无功电流是否达到设定值，如果达到则标志位置1，反之则标志位置0；高压穿越判断模块：用于检测当三相电压升高时，风电机组能否按照预设响应曲线为系统提供无功支撑；利用三相电压信号u
abc
和三相电流信号i
abc
计算出风机注入电网的动态感性无功电流和无功电流有效值；判断风电机组无功电流是否达到设定值，如果达到则标志位置1，反之则标志位置0；电网适应性判断模块：用于检测风电机组的电压偏差适应性、频率偏差适应性、三相电压不平衡适应性、闪变适应性和谐波电压适应性；当风电机组并网点的三相供电电压偏差
在限值范围内时，风电机组能正常运行则标志位置1，反之则标志位置0；当风电机组并网点的频率偏差在限值范围内时，风电机组能正常运行则标志位置1，反之则标志位置0；当风电机组并网点的三相电压不平衡度在限值范围内时，风电机组能正常运行则标志位置1，反之则标志位置0；当风电机组并网点的闪变值在限值范围内时，风电机组能正常运行则标志位置1，反之则标志位置0；当风电机组并网点的间谐波和谐波电压在限值范围内时，风电机组谐波含有率符合规定则标志位置1，反之则标志位置0；器件耐受检测模块：用于检测在电网发生暂态过程时，变流器器件的散热耐受情况；建立每一个变流器igbt子模块的热阻模型，利用三相电压信号u
abc
和三相电流信号i
abc
计算每一个变流器igbt子模块的散热情况，判断变流器耐热是否能够承受暂态情况下的散热，给出综合判断；风机载荷分析模块：用于分析暂态过程中风机内部受力变化情况；利用bladed风机模型，综合仿真过程中从bladed风机模型中获得的力学信息，对风机内部各组成部件的受力情况进行分析，判断风机的耐受能力是否能够承受暂态过程中受力情况的变化，分析风力机载荷特性，给出综合判断。5.一种自动化测试方法，其特征在于，应用权利要求1-4任一所述的电压源风电机组运行性能在线测试系统，包括如下步骤：配置步骤：主控制器将待测风电机组的配置参数信息发送给第三计算机；变流器控制器将变流器的配置参数信息发送给第三计算机；所述第三计算机将待测风电机组的配置参数信息和变流器的配置参数信息形成配置信息数据包，并将配置信息数据包发送给第一计算机和第二计算机；第一计算机根据接收到的配置信息数据包在bladed软件中设置风场模型、空气动力模型、风力机模型、桨叶模型以及传动链模型的参数；第二计算机根据接收到的配置信息数据包选择发电机模型、变流器模型和电网模型载入rscad软件，并在rscad软件中配置发电机模型、变流器模型和电网模型的参数；测试步骤：第三计算机按照预先设定的测试内容选择测试案例集，并将控制参数信息发送给第一计算机中的bladed模型、第二计算机中的rscad模型、主控制器和变流器控制器；第一计算机根据收到的控制参数信息设置bladed模型中风速变化的时刻和大小，并输出风速、风力机转矩和桨距角给通讯plc；通讯plc将收到的风力机转矩信号转换为模拟信号输出至第二计算机中的实时仿真器；通讯plc将收到的风速和桨距角信号转换为模拟信号输出至主控制器；主控制器根据收到的控制参数信息控制发送启动信号给变流器控制器，并根据风速和桨距角信号生成功率指令信号发给变流器控制器，同时生成桨距角指令以模拟信号的形式输出至通讯plc；变流器控制器根据功率指令命令和启动信号输出变流器功率器件的控制信号给实时仿真器控制变流器运行；第二计算机根据收到的控制参数信息设置rscad模型中电网的运行状态；实时仿真器将风力发电机运行的转速信息通过模拟信号输出至通讯plc；
通讯plc将桨距角指令和转速信号通过通讯方法发送给第一计算机中的bladed模型；第一计算机中的bladed模型、第二计算机中的rscad模型、主控制器和变流器控制器分别向第三计算机发送风电机组的实时运行数据；测试结果分析步骤：某一项测试的所有仿真案例测试完成以后，根据标准要求首先载入仿真的数据，对仿真数据进行fft分析和响应时间分析，并将分析结果与标准设定的阈值进行对比，判断该项测试是否满足标准要求；如果不满足标准要求，根据分析的结果查找事先建立好的整改意见数据库给出整改建议。6.一种自动化测试方法，其特征在于，应用权利要求5的自动化测试方法，包括惯量响应判断方法：检测当电网频率f
g
上升或下降时，风电机组能否根据预设调频曲线支撑系统频率恢复；对三相电压信号u
abc
和三相电流信号i
abc
进行傅里叶分解，得到正序分量，进而计算出风电机组的有功输出p；有功变化量与频率变化量的比值为有功调频系数k
f
；判断风电机组有功输出和有功调频系数是否达到设定值，如果达到则标志位置1，反之则标志位置0。7.一种自动化测试方法，其特征在于，应用权利要求5的自动化测试方法，包括低压穿越判断方法：检测当三相电压跌落时，风电机组能否按照预设响应曲线为系统提供无功支撑；利用三相电压信号u
abc
和三相电流信号i
abc
计算出风机注入电网的动态容性无功电流和无功电流有效值；判断风电机组无功电流是否达到设定值，如果达到则标志位置1，反之则标志位置0。8.一种自动化测试方法，其特征在于，应用权利要求5的自动化测试方法，包括高压穿越判断方法：检测当三相电压升高时，风电机组能否按照预设响应曲线为系统提供无功支撑；利用三相电压信号u
abc
和三相电流信号i
abc
计算出风机注入电网的动态感性无功电流和无功电流有效值；判断风电机组无功电流是否达到设定值，如果达到则标志位置1，反之则标志位置0。9.一种自动化测试方法，其特征在于，应用权利要求5的自动化测试方法，包括电网适应性判断方法：检测风电机组的电压偏差适应性、频率偏差适应性、三相电压不平衡适应性、闪变适应性和谐波电压适应性；当风电机组并网点的三相供电电压偏差在限值范围内时，风电机组能正常运行则标志位置1，反之则标志位置0；当风电机组并网点的频率偏差在限值范围内时，风电机组能正常运行则标志位置1，反之则标志位置0；当风电机组并网点的三相电压不平衡度在限值范围内时，风电机组能正常运行则标志位置1，反之则标志位置0；当风电机组并网点的闪变值在限值范围内时，风电机组能正常运行则标志位置1，反之则标志位置0；当风电机组并网点的间谐波和谐波电压在限值范围内时，风电机组谐波含有率符合规定则标志位置1，反之则标志位置0。10.一种自动化测试方法，其特征在于，应用权利要求5的自动化测试方法，包括器件耐受检测方法：用于检测在电网发生暂态过程时，变流器器件的散热耐受情况；建立每一个变流器igbt子模块的热阻模型，利用三相电压信号u
abc
和三相电流信号i
abc
计算每一个变流器igbt子模块的散热情况，判断变流器耐热是否能够承受暂态情况下的散热，给出综合判断。

技术总结
本发明提供了一种电压源风电机组运行性能在线测试系统和自动化测试方法，包括安装有GH Bladed软件的第一计算机、实时仿真器、实时仿真器的上位机第二计算机、执行综合性能判断程序的第三计算机、通信PLC、主控制器、变流器控制器和以太网交换机；所述第一计算机、第二计算机、第三计算机、通信PLC、主控制器、变流器控制器通过以太网交换机进行通讯。本发明实现对电压源型双馈、永磁半直驱、永磁直驱、鼠笼直驱风电机组电气特性、载荷应力特性和变流器热特性等多种运行性能的在线测试；搭建基于控制器、RTDS、Bladed模型的硬件在环平台完成暂态特性的测试，更接近真实控制器实现效果。更接近真实控制器实现效果。更接近真实控制器实现效果。


技术研发人员：蔡旭 王晗 曹云峰 徐思莹 王语阳 秦垚 邓桢彦
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2022.07.04
技术公布日：2022/12/19