同系列风电机组低电压穿越一致性评估方法和流程v26

同系列风电机组低电压穿越一致性评估方法和流程（修改稿）国家风电技术与检测研究中心2011 年 11 月目 录1 概述 12 评估流程 13 书面材料 14 现场检查 14.1 工厂检查 14.2 风电场检查 15 平台测试 15.1 变桨系统平台测试 15.2 发电机平台测试 16 模型仿真 17 评估报告及证书 1第 1 页，共 10 页同系列风电机组低电压穿越一致性评估方法和流程（修改稿）1 概述本文件将同一制造商生产的基于相同的类型、设计和容量等级，仅零部件配置不同的风电机组，视为是同系列风电机组。 为了简化同系列风电机组并网检测，按照关键零部件对各项检测内容的影响程度，将风电机组并网检测分为现场测试和评估两种方式，如 表 1 所示。表 1 风电机组并网检测与评估电能质量 功率调节 低电压穿越 电网适应性1. 主控制系统 测试 测试 测试 测试2. 变流器 测试 测试 测试 测试3. 发电机 测试 测试 评估 评估4. 叶片 测试 评估 评估 评估5. 变桨系统 评估 评估 评估 评估本文件规定了某一型号风电机组通过低电压穿越特性检测后，在容量不变或降容使用的情况下，同系列其他型号的风电机组，即被测风电机组在只更换发电机、变桨系统、叶片后的低电压穿越性能评估方法和流程。其他零部件更换后风电机组低电压穿越特性的评估，以及风电机组其他并网特性的评估，可以参照本文件执行。2 评估流程同系列风电机组中的某一机型通过低电压穿越特性检测且满足标准要求后，可以通过提供书面材料、现场检查、平台测试、模型仿真的方式，对其他机型的低电压穿越特性进行评估。同系列风电机组低电压穿越特性评估证书出具的完整流程如 图 1 所示。第 2 页，共 10 页书面材料现场检查平台测试模型仿真 最终评估报告及证书图 1 评估流程根据不同的情况，可以简化评估流程中的某些步骤。流程通过后，可以申请并网检测机构出具的最终评估报告及证书。3 书面材料风电机组制造商提供基于仿真和理论分析的文件，用于证明发电机、变桨系统和叶片的改变不会影响 LVRT 特性，需要提供的书面材料原则上应包括以下内容：1) 风电机组低电压穿越测试报告；2) 风电机组组成部件及其参数信息；3) 描述各种机型发电机、变桨系统和叶片的不同点，如发电机等值电路及参数，叶片翼型、长度等，并从技术角度解释叶片和变桨系统改变对LVRT 性能影响可忽略不计；4) 风电机组电气主接线图；5) 低电压穿越过程中主控、变桨和变流器的主要控制及配合逻辑；6) 其他具有不同参数的部件，提供文件说明不同点，并提供分析报告证明第 3 页，共 10 页这些改进/ 变化不会影响到低电压穿越特性；7) 仿真模型：要求仿真模型为详细模型，低电压穿越特性应与实际测试的机型具有相同的特性，模型参数应该可以改变，通过改变这些参数校验同系列风电机组的低电压穿越特性。风电机组并网检测机构在收到制造商提供的材料后，逐项检查材料是否齐全、是否满足要求，必要时可通过邮件、传真等方式进行技术交流确认材料的合适性，并做好记录，形成如 表 2 所示的记录表格。表 2 书面材料汇总表格有/无 论述是否满足要求主要内容评述有无其他沟通内容（有则附录）风电机组 LVRT 测试报告组成部件及其参数信息叶片/变桨的不同点及作用风电机组电气主接线图主控、变桨和变流器的控制逻辑其他具有不同参数的部件仿真模型4 现场检查现场检查的目的是核实实际机组与文件提供的机组具有相同的结构配置，并确认同系列风电机组中各个机型之间的差别。现场检查的形式为工厂检查或风电场检查，或根据实际情况采用工厂检查加上风电场检查相结合的方式。4.1 工厂检查工厂检查的目的是确认生产过程中同系列各机型生产工艺是否相同，组装工序是否按照标准化流程进行，确认各机型是否是真实的存在，以及参数铭牌是否与提供的材料一致。主要检查的内容包括：材料内容评价第 4 页，共 10 页1) 部件生产工艺检查；2) 组装工厂生产流程检查；3) 同系列各机型成品机舱及各主要部件的拍照记录和参数铭牌检查。4.2 风电场检查风电场检查的目的是确认同系列特定机型是否是真实的存在，是否可正常发电，确认参数铭牌是否与提供的材料一致。主要检查的内容包括：1) 整机拍照检查；2) 正常发电情况检查记录；3) 部件参数铭牌拍照记录，并与提供的材料比较。现场检查完成之后，风电机组并网检测机构整理现场搜集到的图像和文本资料，形成特定格式的工作记录，明确标注参数等重要信息，并与提供的材料比较得出同系列机组一致性/ 差异性的结论，用于低电压穿越特性评估。现场检查结果如 表 3 所示。表 3 现场检查内容汇总检查内容 评价 现场沟通记录及备注各机型生产工艺是否相同组装工序是否按照标准化流程进行各机型是否真实存在部件参数铭牌是否与提供的材料一致正常发电情况5 平台测试5.1 变桨系统平台测试变桨系统平台测试用于变桨系统或叶片更换后的测试评估。按照变桨系统的类型，将变桨系统的平台测试分为液压变桨系统平台测试和电动变桨系统平台测试。第 5 页，共 10 页5.1.1 液压变桨系统平台测试液压变桨系统由液压变桨执行机构和液压变桨控制系统组成。此平台测试包含液压系统执行机构平台测试和对应电气系统平台测试。5.1.1.1 液压变桨系统执行机构平台测试液压变桨系统由作为执行机构的液压缸，控制液压动力的控制阀块，液压储能的蓄能器，提供液压能源和滤清的液压站，以及使它们相互连接的旋转连接器，液压软管，液压管，分流阀块等组成。单缸连杆式变桨系统使用一个液压缸杆连接所有变桨推杆；独立变桨系统的每个叶片有独立的液压执行机构（每个液压缸悬挂于轮毂，通过液压推杆和悬臂机构施加转动叶片的转矩） 。1. 测试目的本测试通过模拟低电压穿越，控制系统断电时液压变桨系统的动作情况，检验液压变桨系统是否能达到设计功能参数。2. 测试方法在正常情况下变桨，记录变桨角度和液压动力下降曲线，作为参照。在控制系统断电周期和恢复时间段检验变桨系统全动作范围区间内的变桨功能。液压系统需要完全满足变桨设计功能（变桨位置角度，压降） 。3. 测试步骤1） 液压系统上电至正常工作状态；2） 测试全变桨功能，从设定角度到 90 度，记录液压系统压降。3） 从设定角度开始变桨 1 秒后，控制系统掉电，3 秒后恢复控制系统供电。记录变桨角度和液压系统轮毂蓄能器端液压压力下降曲线。4. 评判标准液压系统在给定测试环境中满足设计功能性要求。5.1.1.2 变桨系统中电气控制器的故障测试变桨系统中电气控制模块接收主控 PLC 给定输入，输出控制信号给变桨控制电磁阀。系统掉电时，电气控制模块应由 UPS 或其他备用电源继续供电，正常执行控制功能。1. 测试目的第 6 页，共 10 页本测试旨在检验变桨系统中的电气控制器在低电压穿越（零电压穿越）时，仍然能够从 UPS 或其他备用电源得到正常工作所需的足够电能，并能正常输出与主控 PLC 要求一致的变桨动作指令。2. 测试方法测试方法采用故障测试法。其具体方法为：系统正常运行一段时间后，人为制造 3 相和 2 相主电路失电状况，若干秒后再恢复正常供电。整个过程中，变桨系统应能按照主控 PLC 发出的变桨位置命令执行正常的变桨动作。3. 测试步骤1） 测试系统上电；2） 加载至稳态。记录变桨系统输入、输出信号。3） 故障测试。分别将 3 相及 2 相电压掉电 3s 并恢复。分别记录如下波形：a. 电网供电电压；b.变桨系统中电气控制器的电源电压； c.变桨控制器的输入信号；d.变桨控制器的输出信号。4. 评判标准电网掉电前后，变桨控制器输出的信号相同，变桨功能执行正常。5.1.2 电动变桨系统平台测试电动变桨系统平台测试包括变桨系统的驱动力和故障穿越能力测试。1. 测试目的变桨系统的驱动力测试旨在确定变桨系统的驱动能力能覆盖所有翼型叶片的变桨力矩；变桨系统的故障穿越能力测试旨在是检验变桨系统在低电压穿越（零电压穿越）时，仍然能够按照主控 PLC 发出的变桨位置命令执行正常的变桨命令，即在电网故障的情况下，变桨系统仍然能够正常工作，不会由于电网故障导致变桨系统影响风电机组的低电压穿越特性。2. 测试方法测试方法采用稳态测试和故障测试相结合的方法。稳态测试时系统供电正常；故障测试采用变桨系统零电压穿越测试方法，具体做法是：设定转矩载荷，测试输入的电压信号和输出的桨叶角度和速度信号，正常运行一段时间后，人为制造 3 相和 2 相主电失电若干秒后恢复正常供电。整个过程中，变桨系统应能按照主控 PLC 发出的变桨位置命令执行正常的变桨动作。第 7 页，共 10 页3. 测试步骤1) 测试系统上电；2) 设定主控控制命令及模拟叶片的负载转矩，不同的叶片应设定不同的负载转矩；3) 稳态测试：通过加载系统给变桨系统提供 1.5 倍额定转矩（包括快速、慢速、正转、反转等工况） ，给定转速/位置指令，计算响应时间和稳态误差；4) 故障测试（测试故障下的持续运行能力）： 通过加载系统给变桨系统至少提供 1.5 倍额定转矩（包括快速、慢速、正转、反转等工况） ，控制接触器断开 3 相电网电压 3s 并恢复，记录电压跌落波形，记录变桨位置给定波形和实测波形；（变桨系统应能正常工作） 通过加载系统给变桨系统至少提供 1.5 倍额定转矩（包括快速、慢速、正转、反转等工况） ，控制接触器断开 2 相电网电压 3s 并恢复，记录电压跌落波形，记录变桨位置给定波形和实测波形；（变桨系统应能正常工作）4. 评判标准正常供电时，变桨系统满足设计功能性要求；电网掉电前后，变桨系统输出的信号相同，变桨系统功能执行正常。5.1.3 其他材料提供必要的论证材料，说明所有的测试/测量符合测试要求，以及证明论证严密性的其他材料，包括：1) 测试/ 测量设备的校准证书/ 报告，即：转矩、电压测量的传感器及数据采集仪的校准证书，以及转速和角度测量的编码器说明书及合格证。2) 每种变桨系统的技术资料对比；3) 提供材料证明测试的载荷满足低电压穿越工况要求。5.1.4 其他情况第 8 页，共 10 页可以不进行平台测试的两种情况，即该步骤可以省略的两种特定的情况包括：1) 主控制系统和叶片不变的情况下，不同型号变桨系统已在同系列 2 种及以上机型的低电压穿越现场测试通过，则对于已测试的机型中各变桨系统可互换使用；提供每个机型的完整测试报告（包含风速、桨距角、转速信息）及详细分析说明，不需要单独对变桨系统进行测试。2) 如果具有较长叶片的风电机组通过了测试且变桨系统一致，其同容量具有较短叶片的系列机组无须再进行变桨系统平台测试。3) 发电机更换，变桨系统和叶片未变化的情况。5.1.5 测试报告平台完成之后出具变桨系统的测试报告，报告内容包括：1) 测试内容：描述测试项目主要内容，及被测变桨系统的基本信息；2) 测试平台：描述变桨系统的构成，及测试平台总的结构；3) 测试信号：列出测试中各测试点的采集信号；4) 测试仪器：列出测试仪器的序列号、精度及校准证书编号；5) 测试流程：描述试验的测试过程；6) 数据处理：测试数据的后期处理；7) 综合分析：根据文字材料和测试数据的处理，综合分析变桨系统在特定主控设定程序下的故障穿越能力；8) 结论：被测变桨系统在特定条件下是否具备 3s 故障穿越能力。5.2 发电机平台测试5.2.1 测试目的发电机平台测试用于发电机更换后的测试评估。采用相同的变流器仅发电机不同时，通过发电机平台测试确定发电机的更换对同系列风电机组低电压穿越特性的影响。5.2.2 测试方法采用稳态转矩特性评估的方法确定不同发电机对变流器控制的响应情况。即在转速一定的情况下，使用不同的发电机和同一种变频器，给定转矩指令，第 9 页，共 10 页测试实际转矩调整到目标转矩值的响应时间、调节时间和稳态误差。实际测试时根据不同发电机测试的响应值之间偏差确定发电机-变流器系统的特性一致性。原则上响应时间不超过 20ms，稳态误差小于 5%。5.2.3 测试步骤1) 测试系统上电，发电机正常运转；2) 通过原动机将发电机转速调节至额定转速；3) 给定变流器额定转矩指令，测试输出转矩的响应时间、调节时间和稳态误差。5.2.4 其他材料1) 测试/ 测量设备的校准证书/ 报告，即：电压、电流及数据采集仪的校准证书，以及转速测量的编码器说明书及合格证。2) 每种电机的技术资料对比；5.2.5 测试报告平台完成之后出具变桨系统的测试报告，报告内容包括：1) 测试内容：描述测试项目主要内容及被测发电机的基本信息，以及变流器的基本信息；2) 测试平台：描述发电机测试平台的构成；3) 测试信号：列出测试中各测试点的采集信号；4) 测试仪器：列出测试仪器的序列号、精度及校准证书编号；5) 测试流程：描述试验的测试过程；6) 数据处理：测试数据的后期处理；7) 综合分析与结论：根据测试数据的处理，综合分析各种发电机在特定变流器控制下的一致性；6 模型仿真通过电气模型的仿真，校验同系列机组的软件一致性，进一步确认第 3 节提供文件的真实性。更换发电机时必须进行模型仿真，更换变桨系统或叶片时建议进行模型仿真。第 10 页，共 10 页对电气模型的仿真验证的步骤如下：1) 提供与实际测试具有相同电磁暂态特性的仿真模型；2) 验证提供的模型仿真结果与现场测试特性一致，误差范围在满足相关标准；3) 编写模型验证报告，报告中应含有是否满足模型校验标准要求的结论；4) 通过验证过的模型改变模型参数，仿真