一概述

　　本文分析了直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機組試驗臺的變頻電量特點，并依據(jù)這些特點對主電量測試系統(tǒng)進行選型，在此基礎(chǔ)上，簡要介紹了直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機組試驗臺的試驗原理。本直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機組試驗臺的原理也可應(yīng)用于各種低速永磁同步發(fā)電機試驗臺、永磁同步發(fā)電機組試驗臺、永磁風(fēng)力發(fā)電機試驗臺、永磁永磁風(fēng)力發(fā)電機組變流器試驗臺等。

二直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機組試驗臺變頻電量特點分析

1、直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機組試驗臺基波頻率范圍要求

　　國標(biāo)GB_T 25389.2-2010 《風(fēng)力發(fā)電機組 低速永磁同步發(fā)電機 第2部分 試驗方法》中指出，“電參數(shù)測量應(yīng)采用寬頻數(shù)字式測量儀，電壓測定量為基波有效值，電流測定量為全有效值電流，功率測定量為全有效值功率”。標(biāo)準(zhǔn)中所述的全有效值，就是真有效值，相比基波有效值，有時也稱全波有效值；標(biāo)準(zhǔn)中所述的全有效值功率，是指包含基波和諧波在內(nèi)的所有頻率分量的有功功率之和，就是常說的有功功率，這樣描述的目的是便于區(qū)分基波有功功率。

　　以某直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機試驗臺被試電機指標(biāo)為例：電機額定頻率為：10Hz~60Hz；

　　按照空載過速度130%的試驗要求，測試設(shè)備上限頻率不得低于：80Hz；

　　按照GB_T 25389.2-2010要求，型式試驗時，應(yīng)在額定頻率40%～110%范圍內(nèi)做空載曲線，即測試設(shè)備下限頻率不得高于：4Hz；

　　穩(wěn)態(tài)短路試驗要求最低頻率為0.125Hz（參照某電機廠3.6M直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機試驗參數(shù)），即測試設(shè)備下限頻率不得高于：0.125Hz；

　　拖動電機及被試電機側(cè)基波頻率測試范圍定為0.1~80Hz。

　　兼顧60Hz電機試驗需要，網(wǎng)側(cè)基波頻率定為：45~66Hz。

2、直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機組試驗臺電壓幅值范圍要求

　　從某電機廠直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機試驗臺出具的690V永磁風(fēng)力發(fā)電機型式試驗報告看，最低測試電壓達：260V

　　最高測試電壓達：780V。

　　本直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機試驗臺要求兼容3.3kV和690V機組試驗。

　　3.3kV電機按比例計算，最高電壓為3730V。

　　電機側(cè)電壓測試范圍至少覆蓋260V~4300V。

3、直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機組試驗臺電流幅值范圍要求

　　永磁風(fēng)力發(fā)電機試驗臺的電流幅值范圍較一般電機試驗寬，從某電機廠690V/2MW（額定電流1833.4A）永磁風(fēng)力發(fā)電機型式試驗報告看，同一臺電機，最小電流為10.5A，而最大電流達：2750A。即最大電流是最小電流的262倍。最大電流是額定電流的150%，最小電流是額定電流的0.6%。

　　以690V/1.5MW為基準(zhǔn)，對于690V電壓等級，兼容6MW和1.5MW，要求最大額定電流擴大4倍。相對而言，要求最小電流縮小4倍，最小電流為額定電流的0.15%。

　　3.6MW/3.3kV的額定電流約為690V/1.5MW的0.5倍。即最小電流測試范圍減小為1/2倍。即要求最小電流縮小2倍。最小電流為額定電流的0.075%。

　　綜合考慮，電機側(cè)電流的測試范圍要求覆蓋0.15%~150%。

4、多相同步測量

　　直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機組采用全功率變流器驅(qū)動，對于690V電壓等級的大容量機組，目前普遍采用6相輸出。

三直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機組試驗臺變頻電量測量儀器選型

　　本永磁風(fēng)力發(fā)電機試驗臺主電量測量系統(tǒng)采用WP4000變頻功率分析儀。

WP4000變頻功率分析儀的功率單元——SP系列變頻功率傳感器，具有100kHz的電壓帶寬和30kHz的電流帶寬，也是目前變頻電量電壓傳感器中帶寬最寬的產(chǎn)品。滿足目前所有電機試驗國家標(biāo)準(zhǔn)對測量儀器的帶寬要求。

WP4000變頻功率分析儀采用高性能的雙核嵌入式CPU模塊，內(nèi)存容量不低于2GByte，強大的運算能力和大容量存儲能力為高采樣頻率和超長傅里葉時間窗提供了強有力的保障，可滿足基波頻率為0.1Hz的寬頻帶PWM信號的基波測量及諧波分析儀需要。

　　WP4000變頻功率分析儀的功率單元的電壓、電流測量均設(shè)置了8個檔位，每個檔位只測量在本檔位量程的50%~100%范圍內(nèi)的信號，實現(xiàn)了200倍動態(tài)范圍內(nèi)的高準(zhǔn)確度測量。采用無縫量程轉(zhuǎn)換技術(shù)，檔位切換時，數(shù)據(jù)不丟失的特點可滿足寬范圍內(nèi)的動態(tài)測量，全面記錄被測信息，不放過每一個細節(jié)變化。AnyWay稱為2的N次方量程轉(zhuǎn)換方案，N每增加1，可有效拓寬一倍的高精度測量范圍。可滿足直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機試驗臺的寬電壓范圍和超寬電流測試范圍的需要，并且節(jié)約了大量的電流傳感器及換檔開關(guān)柜，減小了占地面積，增強了系統(tǒng)可靠性，降低了設(shè)備成本。

　　WP4000變頻功率分析儀每臺可連接六個功率單元，正好滿足一臺六相永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組的電參量測量，還可通過同步光纖實現(xiàn)多臺分析儀之間的嚴格同步測量。

　　此外，WP4000變頻功率分析儀具有示波器、諧波分析儀、無紙記錄儀、電能質(zhì)量分析儀等功能，一臺儀器即可滿足試驗中的各種測量需要。

四直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機組試驗臺原理框圖

圖1 直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機組試驗臺原理框圖

五直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機組試驗臺測試界面截圖

圖2 直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機組試驗臺測試界面截圖

---