一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動鏈效率測試裝置及測試方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種測量風(fēng)電機(jī)組傳動鏈效率的裝置及測量方法，包括風(fēng)速計、風(fēng)向標(biāo)、溫度壓力傳感器、低高速軸轉(zhuǎn)矩儀、低高速軸應(yīng)變片、電流互感器、功率變送器和數(shù)據(jù)采集處理器；所述風(fēng)速計、風(fēng)向標(biāo)和溫度壓力傳感器安裝于測風(fēng)塔上；所述低速軸轉(zhuǎn)矩儀和低速軸應(yīng)變片安裝在主軸上；所述高速軸轉(zhuǎn)矩儀和高速軸應(yīng)變片安裝于高速軸上；所述電流互感器安裝于箱變側(cè)，同時需要接出并網(wǎng)側(cè)電壓信號，兩者信號再接線到功率變送器；上述溫度壓力傳感器、低速軸轉(zhuǎn)矩儀、低速軸應(yīng)變片、高速軸轉(zhuǎn)矩儀、高速軸應(yīng)變片、功率變送器的輸出線均連接到數(shù)據(jù)采集處理器進(jìn)行同步記錄和處理所有測量信號，方便地得到需要的結(jié)果，很好地分析風(fēng)電機(jī)組性能。
【專利說明】—種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動鏈效率測試裝置及測試方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及整體風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動鏈效率測試系統(tǒng)，具體地講是一種可以分別測量風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪利用率、機(jī)械損失、電氣損失、傳動鏈效率和功率系數(shù)的裝置及測試方法。

【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是從風(fēng)能中吸收能量，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，再通過機(jī)組傳動鏈將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能的設(shè)備。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動效率的好壞直接影響著機(jī)組性能，由于中國國內(nèi)氣候環(huán)境比較特殊，比如高原環(huán)境和低溫環(huán)境。在這兩種情況下機(jī)組傳動鏈損失肯定存在差別，如果機(jī)組損耗太大直接影響機(jī)組性能。如何合理有效的得到整個傳動鏈的效率情況，就需要搭建方便合理的測試系統(tǒng)和方法，才能得到不同條件下整個機(jī)組的傳動效率，另外可以橫向?qū)Ρ炔煌瑐鲃渔溄Y(jié)構(gòu)形式的傳動效率。目前國內(nèi)對這方面的資料比較少，尤其是機(jī)組運(yùn)行在不同環(huán)境條件下，對機(jī)組傳動鏈方面的機(jī)械損失和電氣損失沒有辦法衡量，對機(jī)組系統(tǒng)建模和機(jī)組性能影響較大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了解決上述目前風(fēng)電傳動鏈效率檢測存在的問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、方便實(shí)用、能夠有效測量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪利用系數(shù)、機(jī)械損失、電氣損失、傳動鏈效率和功率系數(shù)等的方法及設(shè)備。
[0004]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種測量風(fēng)電機(jī)組傳動鏈效率的裝置，其特征在于:包括風(fēng)速計、風(fēng)向標(biāo)、溫度壓力傳感器、低速軸轉(zhuǎn)矩儀、高速軸轉(zhuǎn)矩儀、低速軸應(yīng)變片、高速軸應(yīng)變片、電流互感器、功率變送器和數(shù)據(jù)采集處理器；所述風(fēng)速計、風(fēng)向標(biāo)和溫度壓力傳感器安裝于測風(fēng)塔上，測量風(fēng)場當(dāng)?shù)貙?shí)時氣象條件；所述低速軸轉(zhuǎn)矩儀和低速軸應(yīng)變片安裝在主軸上，測量低速軸轉(zhuǎn)矩和低速軸轉(zhuǎn)速；所述高速軸轉(zhuǎn)矩儀和高速軸應(yīng)變片安裝于高速軸上，測量高速軸轉(zhuǎn)矩和高速軸轉(zhuǎn)速；所述電流互感器安裝于箱變側(cè)，同時需要接出并網(wǎng)側(cè)電壓信號，兩者信號再接線到功率變送器，測量機(jī)組并網(wǎng)功率；上述溫度壓力傳感器的輸出線、低速軸轉(zhuǎn)矩儀和應(yīng)變片輸出線、高速軸轉(zhuǎn)矩儀和應(yīng)變片輸出線、功率變送器輸出線均連接到數(shù)據(jù)采集處理器，通過數(shù)據(jù)采集處理器同步記錄所有測量信號，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。
[0005]一種測量風(fēng)電機(jī)組傳動鏈效率的方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0006]a、將風(fēng)速計、風(fēng)向標(biāo)和溫度壓力傳感器安裝于測風(fēng)塔上，溫度壓力傳感器輸出線連接到數(shù)據(jù)采集處理器，測量風(fēng)場當(dāng)?shù)貙?shí)時氣象條件；將低速軸轉(zhuǎn)矩儀和應(yīng)變片安裝在主軸上，其輸出線連接到數(shù)據(jù)采集處理器，測量低速軸轉(zhuǎn)矩和低速軸轉(zhuǎn)速；將高速軸轉(zhuǎn)矩儀和應(yīng)變片安裝于高速軸上，其輸出線連接到數(shù)據(jù)采集處理器，測量高速軸轉(zhuǎn)矩和高速軸轉(zhuǎn)速；將電流互感器安裝于箱變側(cè)，同時接出并網(wǎng)側(cè)電壓信號，兩者信號再接線到功率變送器，功率變送器輸出線連接到數(shù)據(jù)采集處理器，測量機(jī)組并網(wǎng)功率；
[0007]b、利用壓力溫度傳感器測量結(jié)果，再通過公式(I)計算得到當(dāng)?shù)氐目諝饷芏取＠棉D(zhuǎn)矩儀和應(yīng)變片測量低速軸和高速軸的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速值，其乘積就可分別得到低速軸和高速軸的功率。利用電流互感器和并網(wǎng)側(cè)電壓信號接入功率變送器，可測量得到機(jī)組的并網(wǎng)功率;
[0008]P = ^r⑴
[0009]其中，P:空氣密度kg/m3 ；B:大氣壓力Pa ；R0:氣體常數(shù)；T:溫度K ；
[0010]C、利用上面得到的空氣密度和低速軸功率，就可以計算得到風(fēng)輪利用系數(shù)，具體計算公式(2);
toon] cpi=(2)
[0012]其中，Cpl:風(fēng)輪利用系數(shù)；Ph:低速軸功率kw ； P:空氣密度kg/m3，A:風(fēng)輪掃風(fēng)面積m2 ；V:來流風(fēng)速m/s ；
[0013]d、利用低速軸和高速軸測量轉(zhuǎn)矩值計算得到齒輪箱的機(jī)械損失，分組統(tǒng)計得到不同環(huán)境溫度條件下，不同低速軸轉(zhuǎn)速對應(yīng)不同低速軸輸入轉(zhuǎn)矩下的齒輪箱機(jī)械損失Q1情況，具體計算公式⑶；
[0014]Q1 — QLss_Qhss⑶
[0015]其中，Q1:機(jī)械損失轉(zhuǎn)矩Nm ；QLss:低速軸轉(zhuǎn)矩Nm ；QHss:高速軸轉(zhuǎn)矩Nm ；
[0016]e、利用高速軸和并網(wǎng)功率測量值計算得到電氣損失，分組統(tǒng)計得到不同環(huán)境溫度條件下，不同高速軸功率(輸入功率)對應(yīng)機(jī)組的電功率損失？工情況，包括了發(fā)電機(jī)和輔助用電損耗，具體計算公式(4)；
[0017]P1=Pllss-Pcrid(4)
[0018]其中，P1:電氣損失功率kW ；PHss:低速軸功率kW ；PGrid:高速軸功率kW ；
[0019]f、利用低速軸功率和并網(wǎng)功率測量值計算出機(jī)組整體傳動鏈效率；
■ _ pGrid
[0020](5)
[0021]其中，η:傳動鏈效率；PMd:高速軸功率kw ；pLss:低速軸功率kw ；
[0022]g、利用并網(wǎng)功率和風(fēng)能可計算得到機(jī)組的功率系數(shù)，具體計算公式(6)；
P _ pGnd
[0023]OSpAv3(6)
[0024]其中，Cp2:功率系數(shù)；PMd:高速軸功率kW ； P:空氣密度kg/m3，A:風(fēng)輪掃風(fēng)面積m2 ；V:來流風(fēng)速m/s。
[0025]所述步驟c中，根據(jù)風(fēng)輪利用系數(shù)可以驗證機(jī)組在變速運(yùn)行期間，是否保持運(yùn)行在最佳葉尖速比下，能有效評判機(jī)組運(yùn)行情況或葉片性能是否滿足設(shè)計要求。
[0026]所述步驟f中，可以得到不同風(fēng)速條件下的傳動鏈效率情況，可用于衡量機(jī)組性能好壞的標(biāo)準(zhǔn)之一。
[0027]所述步驟g中，同時可以繪制Cp-λ曲線與設(shè)計值進(jìn)行對比，判斷機(jī)組整體性能情況，衡量機(jī)組把風(fēng)能轉(zhuǎn)化成電能的利用率。
[0028]本發(fā)明的有益效果是:一種簡單有效地測量風(fēng)機(jī)整體傳動鏈效率的裝置，并通過理論計算得到多種有價值的數(shù)據(jù)，對判斷機(jī)組的整體性能和機(jī)組優(yōu)化提供可靠系統(tǒng)及方法，對提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性具有輔助作用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2是圖1的采集數(shù)據(jù)結(jié)果關(guān)系示意圖。
[0031]圖中代號含義:1 一風(fēng)速計；2—風(fēng)向標(biāo)；3—溫度壓力傳感器；4一主軸；5—低速軸轉(zhuǎn)矩儀；6—齒輪箱；7 —聞速軸轉(zhuǎn)矩儀；8 —電氣系統(tǒng)；9一電流互感器；10 —電網(wǎng)；11 一數(shù)據(jù)采集處理器；12—低速軸應(yīng)變片；13—高速軸應(yīng)變片；14一高速軸；15—測風(fēng)塔；16—功率變送器；17_并網(wǎng)側(cè)電壓信號。

【具體實(shí)施方式】
[0032]如圖1所示，本發(fā)明包括風(fēng)速計1、風(fēng)向標(biāo)2、溫度壓力傳感器3、低速軸轉(zhuǎn)矩儀5、高速軸轉(zhuǎn)矩儀7、功率變速器16和數(shù)據(jù)采集處理器11。風(fēng)速計1、風(fēng)向標(biāo)2和溫度壓力傳感器3安裝于測風(fēng)塔15上，用于測量風(fēng)場當(dāng)?shù)貙?shí)時氣象條件；低速軸轉(zhuǎn)矩儀5和低速軸應(yīng)變片12安裝在主軸4上，主要測量低速軸轉(zhuǎn)矩和低速軸轉(zhuǎn)速；主軸4通過齒輪箱6連接高速軸14，高速軸轉(zhuǎn)矩儀7和高速軸應(yīng)變片13安裝于高速軸14上，主要測量高速軸轉(zhuǎn)矩和高速軸轉(zhuǎn)速；高速軸帶動電氣系統(tǒng)8工作并接入電網(wǎng)10，電流互感器9安裝于箱變側(cè)，同時需要接出并網(wǎng)側(cè)電壓信號17，兩者信號再接線到功率變送器16，主要測量機(jī)組并網(wǎng)功率；上述所有信號通過接線方式連接到數(shù)據(jù)采集處理器11中，通過數(shù)據(jù)采集處理器11同步記錄所有測量信號，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。
[0033]如圖2所示，根據(jù)圖1測試系統(tǒng)測量的數(shù)據(jù)結(jié)果，利用圖2的統(tǒng)計方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析，根據(jù)公式(I)和測風(fēng)塔測量數(shù)據(jù)可以得到空氣密度和風(fēng)速，由此可以計算得到風(fēng)能的總能量；
[0034]P = ^⑴
[0035]其中，P:空氣密度kg/m3 ；B:大氣壓力Pa ；R0:氣體常數(shù)；T:溫度K ；
[0036]低速軸設(shè)備可以計算得到低速軸功率，利用公式(2)可得到風(fēng)輪利用系數(shù)；
— ^Lss
[0037]lP1- 0._,盧.(2)
[0038]其中，Cpl:風(fēng)輪利用系數(shù)；Ph:低速軸功率kW ； P:空氣密度kg/m3，A:風(fēng)輪掃風(fēng)面積m2 ；V:來流風(fēng)速m/s ；
[0039]高速軸設(shè)備測量結(jié)果可以計算高速軸軸功率，利用公式(3)可得到不同環(huán)境溫度條件下不同轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的機(jī)械損失；
[0040]Q1 — QLss_Qhss⑶
[0041]其中，Q1:機(jī)械損失轉(zhuǎn)矩Nm ；QLss:低速軸轉(zhuǎn)矩Nm ；QHss:高速軸轉(zhuǎn)矩Nm ；
[0042]功率測量設(shè)備測量值為并網(wǎng)功率，利用公式(4)可得到不同環(huán)境溫度條件下不同輸入功率的電氣損失；
[0043]P1 = Pllss-Pcrid(4)
[0044]其中，P1:電氣損失功率kW ；PHss:低速軸功率kW ；PGrid:高速軸功率kW ；
[0045] 利用公式(5)可計算得到機(jī)組傳動鏈效率；
_6] η=^? (5)
[0047]其中，η:傳動鏈效率；PMd:高速軸功率kW ；PLss:低速軸功率kW ；
[0048]根據(jù)公式(6)可得到機(jī)組整體功率系數(shù)，衡量機(jī)組性能好壞的標(biāo)準(zhǔn)之一。
—尸 Grid
[0049]LP2 = QSpAva(6)
[0050]其中，cp2:功率系數(shù)；PMd:高速軸功率kW ; P:工^度kg/m3，A:風(fēng)輪掃風(fēng)面積m2 ；V:來流風(fēng)速m/s。
【權(quán)利要求】
1.一種測量風(fēng)電機(jī)組傳動鏈效率的裝置，其特征在于:包括風(fēng)速計、風(fēng)向標(biāo)、溫度壓力傳感器、低速軸轉(zhuǎn)矩儀、高速軸轉(zhuǎn)矩儀、低速軸應(yīng)變片、高速軸應(yīng)變片、電流互感器、功率變送器和數(shù)據(jù)采集處理器；所述風(fēng)速計、風(fēng)向標(biāo)和溫度壓力傳感器安裝于測風(fēng)塔上，測量風(fēng)場當(dāng)?shù)貙?shí)時氣象條件；所述低速軸轉(zhuǎn)矩儀和低速軸應(yīng)變片安裝在主軸上，測量低速軸轉(zhuǎn)矩和低速軸轉(zhuǎn)速；所述高速軸轉(zhuǎn)矩儀和高速軸應(yīng)變片安裝于高速軸上，測量高速軸轉(zhuǎn)矩和高速軸轉(zhuǎn)速；所述電流互感器安裝于箱變側(cè)，同時需要接出并網(wǎng)側(cè)電壓信號，兩者信號再接線到功率變送器，測量機(jī)組并網(wǎng)功率；上述溫度壓力傳感器的輸出線、低速軸轉(zhuǎn)矩儀和應(yīng)變片輸出線、高速軸轉(zhuǎn)矩儀和應(yīng)變片輸出線、功率變送器輸出線均連接到數(shù)據(jù)采集處理器，通過數(shù)據(jù)采集處理器同步記錄所有測量信號，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。
2.一種測量風(fēng)電機(jī)組傳動鏈效率的方法，其特征在于，包括如下步驟: a、將風(fēng)速計、風(fēng)向標(biāo)和溫度壓力傳感器安裝于測風(fēng)塔上，溫度壓力傳感器輸出線連接到數(shù)據(jù)采集處理器，測量風(fēng)場當(dāng)?shù)貙?shí)時氣象條件；將低速軸轉(zhuǎn)矩儀和應(yīng)變片安裝在主軸上，其輸出線連接到數(shù)據(jù)采集處理器，測量低速軸轉(zhuǎn)矩和低速軸轉(zhuǎn)速；將高速軸轉(zhuǎn)矩儀和應(yīng)變片安裝于高速軸上，其輸出線連接到數(shù)據(jù)采集處理器，測量高速軸轉(zhuǎn)矩和高速軸轉(zhuǎn)速；將電流互感器安裝于箱變側(cè)，同時接出并網(wǎng)側(cè)電壓信號，兩者信號再接線到功率變送器，功率變送器輸出線連接到數(shù)據(jù)采集處理器，測量機(jī)組并網(wǎng)功率； b、利用溫度壓力傳感器測量結(jié)果，再通過公式(I)計算得到當(dāng)?shù)氐目諝饷芏?；利用轉(zhuǎn)矩儀和應(yīng)變片測量低速軸和高速軸的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速值，其乘積就可分別得到低速軸和高速軸的功率。利用電流互感器和并網(wǎng)側(cè)電壓信號接入功率變送器，可測量得到機(jī)組的并網(wǎng)功率;
_ Bp ⑴ 其中，P:空氣密度kg/m3 ；B:大氣壓力Pa ；R0:氣體常數(shù)；T:溫度K ； C、利用上面得到的風(fēng)速、空氣密度和低速軸功率，就可以計算得到風(fēng)輪利用系數(shù)，具體計算公式(2);
_ ^hsslV1 =⑵ 其中，Cpl:風(fēng)輪利用系數(shù)；Ρ^:低速軸功率kW ； P:空氣密度kg/m3，A:風(fēng)輪掃風(fēng)面積m2 ；V:來流風(fēng)速m/s ； d、利用低速軸和高速軸測量轉(zhuǎn)矩值計算得到齒輪箱的機(jī)械損失，分組統(tǒng)計得到不同環(huán)境溫度條件下，不同低速軸轉(zhuǎn)速對應(yīng)不同低速軸輸入轉(zhuǎn)矩下的齒輪箱機(jī)械損失Q1情況，具體計算公式⑶； Ql 一 Qlss-Qhss⑶ 其中，Q1:機(jī)械損失轉(zhuǎn)矩Nm ；QLss:低速軸轉(zhuǎn)矩Nm ；QHss:高速軸轉(zhuǎn)矩Nm ； e、利用高速軸和并網(wǎng)功率測量值計算得到電氣損失，分組統(tǒng)計得到不同環(huán)境溫度條件下，不同高速軸功率(輸入功率)對應(yīng)機(jī)組的電功率損失？工情況，包括了發(fā)電機(jī)和輔助用電損耗，具體計算公式(4)； P1 = PHss-PCrid⑷ 其中，P1:電氣損失功率kW ；PHss:低速軸功率kW ；PGrid:高速軸功率kW ； f、利用低速軸功率和并網(wǎng)功率測量值計算出機(jī)組整體傳動鏈效率； η= — Pte(5) 其中，η:傳動鏈效率；PGrid:高速軸功率kff ；pLss:低速軸功率kff ； g、利用并網(wǎng)功率和風(fēng)能可計算得到機(jī)組的功率系數(shù)，具體計算公式(6)；
￡*, _ ^3Grid = (6) 其中，Cp2:功率系數(shù)；PMd:高速軸功率kW ； P:空氣密度kg/m3，A:風(fēng)輪掃風(fēng)面積m2 ；V:來流風(fēng)速m/s。
3.根據(jù)權(quán)利要求2測量風(fēng)電機(jī)組傳動鏈效率的方法，其特征在于:所述步驟c中，根據(jù)風(fēng)輪利用系數(shù)可以驗證機(jī)組在變速運(yùn)行期間，是否保持運(yùn)行在最佳葉尖速比下，能有效評判機(jī)組運(yùn)行情況或葉片性能是否滿足設(shè)計要求。
4.根據(jù)權(quán)利要求2測量風(fēng)電機(jī)組傳動鏈效率的方法，其特征在于:所述步驟f中，可以得到不同風(fēng)速條件下的傳動鏈效率情況，可用于衡量機(jī)組性能好壞的標(biāo)準(zhǔn)之一。
5.根據(jù)權(quán)利要求2測量風(fēng)電機(jī)組傳動鏈效率的方法，其特征在于:所述步驟g中，同時可以繪制Cp-λ曲線與設(shè)計值進(jìn)行對比，判斷機(jī)組整體性能情況，衡量機(jī)組把風(fēng)能轉(zhuǎn)化成電能的利用率。
【文檔編號】F03D11/02GK104296990SQ201410487932
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月22日
【發(fā)明者】尹景勛, 莫爾兵, 宋聚眾, 王其君, 林志明, 高中華, 李永明, 蘭杰, 方程, 羅靜, 田宇 申請人:東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司