一概述

　　本文分析了直驱永磁风力发电机组试验台的变频电量特点，并依据这些特点对主电量测试系统进行选型，在此基础上，简要介绍了直驱永磁风力发电机组试验台的试验原理。本直驱永磁风力发电机组试验台的原理也可应用于各种低速永磁同步发电机试验台、永磁同步发电机组试验台、永磁风力发电机试验台、永磁永磁风力发电机组变流器试验台等。

二直驱永磁风力发电机组试验台变频电量特点分析

1、直驱永磁风力发电机组试验台基波频率范围要求

　　国标GB_T 25389.2-2010 《风力发电机组 低速永磁同步发电机 第2部分 试验方法》中指出，“电参数测量应采用宽频数字式测量仪，电压测定量为基波有效值，电流测定量为全有效值电流，功率测定量为全有效值功率”。标准中所述的全有效值，就是真有效值，相比基波有效值，有时也称全波有效值；标准中所述的全有效值功率，是指包含基波和谐波在内的所有频率分量的有功功率之和，就是常说的有功功率，这样描述的目的是便于区分基波有功功率。

　　以某直驱永磁风力发电机试验台被试电机指标为例：电机额定频率为：10Hz~60Hz；

　　按照空载过速度130%的试验要求，测试设备上限频率不得低于：80Hz；

　　按照GB_T 25389.2-2010要求，型式试验时，应在额定频率40%～110%范围内做空载曲线，即测试设备下限频率不得高于：4Hz；

　　稳态短路试验要求最低频率为0.125Hz（参照某电机厂3.6M直驱永磁风力发电机试验参数），即测试设备下限频率不得高于：0.125Hz；

　　拖动电机及被试电机侧基波频率测试范围定为0.1~80Hz。

　　兼顾60Hz电机试验需要，网侧基波频率定为：45~66Hz。

2、直驱永磁风力发电机组试验台电压幅值范围要求

　　从某电机厂直驱永磁风力发电机试验台出具的690V永磁风力发电机型式试验报告看，最低测试电压达：260V

　　最高测试电压达：780V。

　　本直驱永磁风力发电机试验台要求兼容3.3kV和690V机组试验。

　　3.3kV电机按比例计算，最高电压为3730V。

　　电机侧电压测试范围至少覆盖260V~4300V。

3、直驱永磁风力发电机组试验台电流幅值范围要求

　　永磁风力发电机试验台的电流幅值范围较一般电机试验宽，从某电机厂690V/2MW（额定电流1833.4A）永磁风力发电机型式试验报告看，同一台电机，最小电流为10.5A，而最大电流达：2750A。即最大电流是最小电流的262倍。最大电流是额定电流的150%，最小电流是额定电流的0.6%。

　　以690V/1.5MW为基准，对于690V电压等级，兼容6MW和1.5MW，要求最大额定电流扩大4倍。相对而言，要求最小电流缩小4倍，最小电流为额定电流的0.15%。

　　3.6MW/3.3kV的额定电流约为690V/1.5MW的0.5倍。即最小电流测试范围减小为1/2倍。即要求最小电流缩小2倍。最小电流为额定电流的0.075%。

　　综合考虑，电机侧电流的测试范围要求覆盖0.15%~150%。

4、多相同步测量

　　直驱永磁风力发电机组采用全功率变流器驱动，对于690V电压等级的大容量机组，目前普遍采用6相输出。

三直驱永磁风力发电机组试验台变频电量测量仪器选型

　　本永磁风力发电机试验台主电量测量系统采用WP4000变频功率分析仪。

WP4000变频功率分析仪的功率单元——SP系列变频功率传感器，具有100kHz的电压带宽和30kHz的电流带宽，也是目前变频电量电压传感器中带宽最宽的产品。满足目前所有电机试验国家标准对测量仪器的带宽要求。

WP4000变频功率分析仪采用高性能的双核嵌入式CPU模块，内存容量不低于2GByte，强大的运算能力和大容量存储能力为高采样频率和超长傅里叶时间窗提供了强有力的保障，可满足基波频率为0.1Hz的宽频带PWM信号的基波测量及谐波分析仪需要。

　　WP4000变频功率分析仪的功率单元的电压、电流测量均设置了8个档位，每个档位只测量在本档位量程的50%~100%范围内的信号，实现了200倍动态范围内的高准确度测量。采用无缝量程转换技术，档位切换时，数据不丢失的特点可满足宽范围内的动态测量，全面记录被测信息，不放过每一个细节变化。AnyWay称为2的N次方量程转换方案，N每增加1，可有效拓宽一倍的高精度测量范围。可满足直驱永磁风力发电机试验台的宽电压范围和超宽电流测试范围的需要，并且节约了大量的电流传感器及换档开关柜，减小了占地面积，增强了系统可靠性，降低了设备成本。

　　WP4000变频功率分析仪每台可连接六个功率单元，正好满足一台六相永磁直驱风力发电机组的电参量测量，还可通过同步光纤实现多台分析仪之间的严格同步测量。

　　此外，WP4000变频功率分析仪具有示波器、谐波分析仪、无纸记录仪、电能质量分析仪等功能，一台仪器即可满足试验中的各种测量需要。

四直驱永磁风力发电机组试验台原理框图

图1 直驱永磁风力发电机组试验台原理框图

五直驱永磁风力发电机组试验台测试界面截图

图2 直驱永磁风力发电机组试验台测试界面截图

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