一种模拟电网波动的变桨检测系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种模拟电网波动的变桨检测系统，属于电网检测技术领域。


背景技术：

2.在风力发电机组中，变桨模块是最为关键的控制系统之一，其工作性能的安全性、可靠性直接关系提到机组的安全和可利用率。在外部正常供电情况下，变桨模块通过通信总线接收主控系统给定的桨距角和变桨速度指令，变桨模块通过变桨控制器和变桨驱动器控制变桨电机，调节桨距角的变化，从而调节发电机的转速和功率。当机组出现故障时，变桨模块使叶片顺桨至90
°
使风机停机，从而保护机组的安全。当电网出现波动时，变桨模块能否正常工作，关系到机组是否能够完成高、低电压穿越，如果无法完成高、低电压穿越，将造成电网波动加剧，甚至引起升压站入网开关跳闸，造成故障扩大化；电网出现故障时，如突然掉电、电网缺相时，变桨模块能否完成顺桨至安全停止位置，关系到机组的安全。如果变桨模块没有经过相关测试，当大量装机后，出现上诉电网故障而无法正常工作，对发电企业来说存在巨大的安全风险。
3.目前对电动变桨模块的电网波动测试是随着整机（包括主控系统、传动链系统、变流器系统、变桨模块）在现场一起测试的，测试设备庞大，检测费用高；如果采用手动的调压器来单独测量电动变桨模块，又面临着危险性和检测时间精度不够的问题。
4.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域普通技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种模拟电网波动的变桨检测系统，操作人员能够通过控制上位机，实现在地面上模拟电网波动对电动变桨的影响的测试，既保证了测试时间上精度的可靠性，又保证了测试人员的安全性，并且易于实现，费用较低。
6.为达到上述目的，本实用新型是采用下述技术方案实现的：
7.本发明公开了一种模拟电网波动的变桨检测系统，包括上位机、第一供电电路、外部电源与变桨模块，所述变桨模块包括变桨电机和变桨控制柜，
8.所述第一供电电路包括调压器、控制器和电压变送器，所述调压器的一端连接外部电源，另一端连接变桨控制柜；所述调压器的控制端连接控制器；
9.所述电压变送器设置于调压器与变桨控制柜之间，所述电压变送器的信号输出端连接控制器；
10.所述控制器分别连接上位机和变桨控制柜；所述变桨电机的控制端连接变桨控制柜。
11.进一步的，所述控制器内配置有以太网口、rs485通信接口和can通信接口；
12.所述控制器通过以太网口连接上位机，所述控制器通过rs485通信接口连接调压器，所述控制器通过can通信接口连接变桨控制柜。
13.进一步的，还包括第二供电电路，所述外部电源通过第二供电电路连接变桨控制柜；所述第二供电电路包括第二开关和第一接触器，所述第二开关和第一接触器的控制端分别连接控制器。
14.进一步的，所述调压器的调压范围为0-500v，容量为30kva。
15.进一步的，所述变桨模块还包括变桨减速机和叶片假体，所述变桨减速机和叶片假体分别连接变桨电机。
16.进一步的，所述变桨模块还包括后备电源，所述后备电源连接变桨控制柜，用于提供备用电源。
17.与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果：
18.本发明的模拟电网波动的变桨检测系统，操作人员能够在地面上，通过上位机远程操控控制器及调压器，模拟电网波动的情况，检测变桨模块的工作性能和安全性能。一方面避免了人员手动的调整稳压调压器，最大程度保证测试人员安全；另一方面相比较手动调整，整个系统的远程操控实施保证了测试时间上精度的可靠性。
附图说明
19.图1是一种模拟电网波动的变桨检测系统的模块示意图；
20.图2是上位机的界面显示示意图；
21.图3是一种模拟电网波动的变桨检测系统的电路原理图；
22.图4是控制器的数字量输出单元示意图；
23.图5是控制器的数字量输入单元示意图；
24.图6是控制器的接口及模拟量采集模块示意图。
具体实施方式
25.下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
实施例
26.本实施例公开了一种模拟电网波动的变桨检测系统，包括上位机、第一供电电路、外部电源与变桨模块，变桨模块包括变桨电机和变桨控制柜v1，
27.第一供电电路包括调压器u2、控制器和电压变送器u1，调压器u2的一端连接外部电源，另一端连接变桨控制柜v1；调压器u2的控制端连接控制器；
28.电压变送器u1设置于调压器u2与变桨控制柜v1之间，电压变送器u1的信号输出端连接控制器；
29.控制器分别连接上位机和变桨控制柜v1；变桨电机的控制端连接变桨控制柜v1。
30.本发明的技术构思为：操作人员能够在地面上，通过上位机远程操控控制器及调压器u2，模拟电网波动的情况，检测变桨模块的工作性能和安全性能。一方面避免了人员手动的调整稳压调压器u2，最大程度保证测试人员安全；另一方面相比较手动调整，系统的远
程操控实施保证了测试时间上精度的可靠性。
31.具体的，如图1和图3所示，一种模拟电网波动的变桨检测系统还包括第二供电电路，外部电源通过第二供电电路连接变桨控制柜v1。
32.第二供电电路包括第二开关qf2和第一接触器km1，第二开关qf2和第一接触器km1的控制端分别连接控制器。
33.第一供电电路还包括第三开关qf3、第二接触器km2和第三接触器km3，第三开关qf3、第二接触器km2和第三接触器km3的控制端分别连接控制器。
34.外部电源的输出端还设有第一开关qf1，用于控制外部电源即总电源。本系统还设有第四开关qf4，用于控制各开关的电源。
35.需要说明的是，第一供电电路为调压器u2供电电路，第二供电电路为正常供电电路。第二开关qf2用于控制正常供电电路的电源，第三开关qf3用于控制调压器u2供电电路的电源。
36.控制器内配置有以太网口、rs485通信接口和can通信接口。控制器通过以太网口连接上位机，控制器通过rs485通信接口连接调压器u2，控制器通过can通信接口连接变桨控制柜v1。控制器与上位机之间的通信方式为modbus tcp，控制器与调压器u2之间的通信方式为modbus rtu，控制器与变桨控制柜v1之间的通信方式为canopen。
37.控制器内还配置有数字量输入单元、数字量输出单元和模拟量检测单元。其中，模拟量检测单元用于检测电压变送器u1根据模拟电压输出的模拟量信号；数字量输入单元用于接收第一开关qf1、第二开关qf2、第三开关qf3、第四开关qf4、第一接触器km1、第二接触器km2、第三接触器km3的反馈信号，如图5所示；数字量输出单元用于输出第一接触器km1、第二接触器km2、第三接触器km3的控制信号，如图4所示。
38.具体工作原理为：
39.（1）上位机给出调压值，通过以太网口以modbus tcp通信方式下发到控制器，控制器通过rs485接口以modbus rtu通信方式传输给调压器u2。调压器u2控制输出电压，模拟出电网电压波动产生的高电压和低电压，通过电压变送器u1反馈给控制器。
40.当反馈的电压等于设定的电压值时，控制器通过控制各开关及接触器的切换，使变桨模块的供电由正常供电电路切换到调压器u2供电电路，检测变桨模块性能。
41.（2）模拟主控，控制器通过can通信接口以canopen通信方式给变桨控制柜v1下发桨距角、变桨速度和变桨电机启动指令，使变桨电机运行，并采集变桨模块的反馈值，例如母线电压、变桨角度、电机电流、状态码、故障码等，再通过以太网口以modbus tcp通信方式上传给上位机，观察变桨模块运行的状态。
42.变桨模块还包括变桨执行机构和后备电源，变桨执行机构连接变桨电机，后备电源连接变桨控制柜v1，用于提供备用电源。其中，变桨执行机构包括变桨减速机和叶片假体。
43.变桨控制柜v1通过canopen通信方式接收控制器下发的桨距角和变桨速度指令，控制变桨电机带动叶片假体运行。当变桨模块外部断电后，由后备电源带动叶片假体顺桨至安全停止位置。
44.基于安全性和方便性考虑，没有采用在控制器上安装触摸屏，而是单独采用一套独立的上位机与控制器分离开，上位机与控制器之间采用modbus tcp通信方式进行信号和
数据交互。上位机采用组态王，包括计算机和显示器，在计算机上做组态监控画面。其中，上位机的监控界面显示示意图如图2所示。
45.上位机的工作原理包括（1）输入所需模拟的的电压值，显示调压稳压器的输出电压，显示变桨模块在电网波动运行的时间，控制供电回路的切换。（2）给变桨模块下发桨距角及变桨速度，控制变桨驱动器的启动、故障复位等；同时显示变桨模块的参数，例如直流母线电压、变桨角度、电机电流等、通信状态。
46.本实施例中，调压器的型号为tesgz-32；控制器的型号为cx5010（cpu），其内部的数字量输入单元的型号为el1008，数字量输出单元的型号为el2008，模拟量检测单元的型号为el3061；电压变送器的型号为mik-sdju-a；变桨控制柜的型号为eps900；上位机的型号为kingview7.5sp5。
47.综上所述，本系统的总工作流程及远离如下：
48.步骤一：闭合第一开关qf1，接入外部电源。
49.闭合第二开关qf2，第二供电电路得电，实现正常供电电路得电。
50.闭合第三开关qf3，第一供电电路得电，实现调压器u2供电电路得电。
51.步骤二：为了模拟电网电压波动，首先要调好波动的电压值。
52.在上位机的界面中的电压给定值对话框中设定电压值，电压值的设定根据《nb\t 31111-2017 风电机组高电压穿越测试规程》、《nb\t 31051-2014 风电机组低电压穿越能力测试规程》中的要求，如高电压设定1.3un，494v。
53.上位机通过以太网口以modbus tcp通信方式下发给控制器，控制器通过rs485接口以modbus rtu通信方式给调压器u2，调压器u2开始调整电压，电压变送器u1检测电动调压器u2的输出电压，并以模拟量信号反馈给控制器的模拟量检测模块a，如图6所示。
54.响应于上位机界面的电压反馈值等于电压设定值时，说明调压器u2的输出正确，已经具备模拟电网波动产生的电压值。
55.步骤三：在上位机界面的调压模块中，点击正常供电按钮，通过控制器控制第一接触器km1闭合，上位机界面正常供电显示灯亮，调压器u2供电显示灯灭，此时变桨模块是正常电路供电。
56.闭合变桨控制柜v1内开关使变桨控制柜v1得电，变桨驱动器等设备得电。
57.在上位机界面中的模拟主控模块中，给定变桨模块一个桨距角值，如20
°
，给定变桨速度值，如5
°
/s,并给变桨模块下发启动指令，并按下自动给定按钮，变桨电机带动叶片假体在0-20
°
之间往复运行。
58.步骤四：在变桨电机运行期间，在上位机监控界面中点击调压器u2供电按钮，第一接触器km1断开，第二接触器km2闭合，变桨模块供电由正常供电电路，切换到调压器u2供电电路，上位机界面调压器u2供电指示灯亮，正常供电指示灯灭，此时变桨模块供电电压为494v，模拟电网电压升高；记录上位机界面中的运行时间对话框，如果运行时间大于200ms，变桨模块不报故障，说明变桨模块的设计满足设计要求。
59.步骤五：在上位机界面中点击正常供电按钮，第二接触器km2断开，第一km1闭合，变桨模块恢复正常供电，叶片假体仍然在0-20
°
之间往复运行。
60.步骤六：在上位机界面中点击电网掉电按钮，此时第一接触器km1断开，模拟电网掉电。
61.观察变桨模块运行状态，此时变桨模块应该报故障，变桨电机在后备电源的带动下回到安全停止位置，并停机，说明变桨模块设计满足安全要求。
62.对于模拟电网波动产生的低电压操作和变桨模块在低电压情况下的运行，操作方法与步骤二至四同理；
63.对于模拟电网电压波动产生的高电压，且变桨模块在缺相情况下运行的操作和测试，步骤一至三同上，步骤四的操作为：点击电网缺相按钮，使得第一接触器km1断开，第三接触器km3闭合，此时上位机界面的缺相运行指示灯亮，正常供电指示灯灭，观察变桨模块运行时间，如果在满足电网高低穿要求的时间内变桨模块不抱故障，说明变桨模块满足设计要求。
64.综上所述，通过测试人员在计算机上远程控制调压器u2的电压输出，模拟电网波动时产生的高电压和低电压，在变桨模块正常供电，变桨模块通过模拟主控给定的桨距角度和变桨速度运行，通过测试人员在计算机上进行供电回路的切换，由正常供电回路切换到调压器u2输出回路，从而快速准确的模拟电网波动对变桨模块造成影响，检测变桨模块性能；另外，因为测试人员是远程操作，避免了人员手动的调整稳压调压器u2，最大程度保证测试人员安全。相比较手动调整调压器u2的输出电压以及手动控制回路切换，本系统更安全、快捷、准确。
65.在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
66.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
67.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

技术特征：
1.一种模拟电网波动的变桨检测系统，其特征是，包括上位机、第一供电电路、控制器、电压变送器、外部电源与变桨模块，所述变桨模块包括变桨电机和变桨控制柜；所述第一供电电路包括调压器、第二接触器和第三接触器，所述调压器的一端连接外部电源，另一端连接变桨控制柜；所述第二接触器和第三接触器并联于调压器与变桨控制柜之间；所述调压器、第二接触器和第三接触器的控制端分别连接控制器；所述电压变送器设置于调压器与变桨控制柜之间，所述电压变送器的信号输出端连接控制器；所述控制器分别连接上位机和变桨控制柜；所述变桨电机的控制端连接变桨控制柜。2.根据权利要求1所述的模拟电网波动的变桨检测系统，其特征是，所述控制器内配置有以太网口、rs485通信接口和can通信接口；所述控制器通过以太网口连接上位机，所述控制器通过rs485通信接口连接调压器，所述控制器通过can通信接口连接变桨控制柜。3.根据权利要求1所述的模拟电网波动的变桨检测系统，其特征是，还包括第二供电电路，所述外部电源通过第二供电电路连接变桨控制柜；所述第二供电电路包括第二开关和第一接触器，所述第二开关和第一接触器的控制端分别连接控制器。4.根据权利要求1所述的模拟电网波动的变桨检测系统，其特征是，所述调压器的调压范围为0-500v，容量为30kva。5.根据权利要求1所述的模拟电网波动的变桨检测系统，其特征是，所述变桨模块还包括变桨减速机和叶片假体，所述变桨减速机和叶片假体分别连接变桨电机。6.根据权利要求1所述的模拟电网波动的变桨检测系统，其特征是，所述变桨模块还包括后备电源，所述后备电源连接变桨控制柜，用于提供备用电源。

技术总结
本发明公开了一种模拟电网波动的变桨检测系统，包括上位机、第一供电电路、外部电源与变桨模块，变桨模块包括变桨电机和变桨控制柜，第一供电电路包括调压器、控制器和电压变送器，调压器的一端连接外部电源，另一端连接变桨控制柜；调压器的控制端连接控制器；电压变送器设置于调压器与变桨控制柜之间，电压变送器的信号输出端连接控制器；控制器分别连接上位机和变桨控制柜；变桨电机的控制端连接变桨控制柜。操作人员能够通过控制上位机，实现在地面上模拟电网波动对电动变桨的影响的测试，既保证了测试时间上精度的可靠性，又保证了测试人员的安全性，并且易于实现，费用较低。费用较低。费用较低。


技术研发人员：杨大伟 倪维东 鲁胜 王海 赖新芳
受保护的技术使用者：国电南京自动化股份有限公司
技术研发日：2023.02.28
技术公布日：2023/9/19