風電機組核心性能一體化檢驗檢測方法

莊 駿 郭 淼 慈 萌 潘 鋒

（1.上海中認尚科新能源技術(shù)有限公司 上海 201206；2.中國合格評定國家認可中心 北京 100062）

引言

風電機組核心性能主要包括并網(wǎng)性能和運行性能，其中，并網(wǎng)性能主要指電能質(zhì)量性能，運行性能包括噪聲、機械載荷和功率特性。其測試參數(shù)和測試工況互有重疊，具備一體化測試的前提條件。

1 測試前期準備

1.1 風電機組及其電氣連接

風電機組連接于中壓或高壓電網(wǎng)公共連接點，要求電網(wǎng)頻率偏差不超過±1 Hz，并具有足夠的有功功率和無功功率調(diào)節(jié)能力。

1.2 測試場地

在測試場地待檢風電機組附近豎立固定式測風塔，以確定風電機組的輪轂高度風速及相應(yīng)氣象參數(shù)。測試前，需要對場地進行評估，評估要求詳見IEC標準[2]中第5.2章的規(guī)定。噪聲性能檢驗檢測還需要滿足IEC標準[4]中第7.1章的規(guī)定。

1.3 測試條件

測試條件應(yīng)滿足以下要求：

1）風電機組通過標準變壓器與電網(wǎng)直接相連，該變壓器的額定視在功率至少應(yīng)與被測風電機組的額定視在功率相當。

2）風電機組未發(fā)電時,在風電機組輸出端測量的直到50次諧波的電壓總諧波畸變率10 min平均值應(yīng)小于5 %。在風電機組測試前通過測量確定電壓總諧波畸變率。

3）電網(wǎng)頻率的0.2 s平均值應(yīng)在額定頻率的±1 %范圍內(nèi)，并且測量所得電網(wǎng)頻率變化率的0.2 s平均值應(yīng)小于額定頻率的0.2 %。

4）風電機組輸出端的電壓10 min平均值應(yīng)在額定值的±10 %范圍內(nèi)。

5）風電機組輸出端測量得到的電壓不平衡度10 min平均值應(yīng)小于2 %。

6）滿足傳感器標定、傳感器工作范圍的測試環(huán)境。如果數(shù)據(jù)是在異常條件下記錄的（風電機組異?；颦h(huán)境條件異常，例如，葉片上結(jié)冰或發(fā)生極端的風向變化），則需將其單獨歸類，以便進一步分析，而且不作為正常運行條件下俘獲矩陣的一部分。

2 測試設(shè)備

2.1 一體化檢驗檢測設(shè)備

設(shè)備由數(shù)據(jù)采集模塊、5G千兆網(wǎng)關(guān)、云端分析模塊及結(jié)果展示模塊共四個模塊組成，詳細描述見文獻[1]。

2.2 采集參數(shù)歸類

測試所需采集的參數(shù)經(jīng)過分析整理后，可以歸類為以下幾個方面。

1）氣象參數(shù)（共8個參數(shù)）見表1。

表1 氣象參數(shù)匯總表

2） 輪轂參數(shù)（共9個通道）見表2。

表2 輪轂參數(shù)匯總表

3） 塔頂參數(shù)（共8個通道）見表3。

表3 塔頂參數(shù)匯總表

4） 塔底參數(shù)（共12個通道模擬量，9個通道數(shù)字量）見表4。

表4 塔底參數(shù)匯總表

5） 噪聲參數(shù)（共1個通道）見表5。

表5 噪聲參數(shù)匯總表

2.3 測試參數(shù)精度/準確度要求詳見表6

表6 測試精度/準確度匯總表

3 測試程序

測試過程中，不同的項目依據(jù)不同的IEC測試標準[2-5]，有不同的采集數(shù)據(jù)量的要求。本文進行梳理匯總，選取測試整體時間占比較高的連續(xù)發(fā)電狀態(tài)進行研究，匯總結(jié)果見表7。

表7 數(shù)據(jù)采集要求匯總表

由表7可知，采集數(shù)據(jù)量有重疊，如果分步驟進行1～4的檢驗檢測項目，所需耗時為4個項目各自時間的總和，但如果同時同步進行4個項目，則只需要1個項目的時間即可完成所有項目，這便是一體化檢驗檢測方法的理論基礎(chǔ)。

測試步驟：

——開始測試前，要確保風電機組電氣接線完好；

——測試場地符合2.2要求；

——測試條件符合2.3章要求；

——檢測人員使用3.1章節(jié)所述一體化檢驗檢測設(shè)備，實時同步采集第3.2章所述參數(shù)，通過5G網(wǎng)絡(luò)上傳至云端并進行分析評估。

其中，為保證測試同步性，噪聲測試方法與IEC標準[4]有一定偏離：測試用測風塔為功率特性和機械載荷項目所用輪轂高度固定式測風塔，根據(jù)IEC標準[2,3]描述，固定式測風塔測試的風速為實際輪轂高度風速，而噪聲測試標準使用的移動式測風塔實際是利用功率標定的結(jié)果對輪轂高度風速進行了推導(dǎo)，其計算不確定度包含了功率測量、移動測風塔風速測量和計算用功率特性中的風速和功率測量不確定度4個來源，而使用固定式輪轂高度風速計僅包含功率測量、固定測風塔風速測量2個來源，前者的不確定度計算結(jié)果明顯要高于后者。

4 項目驗證

檢測人員選擇某風電場，型號為171-4050的風電機組進行了實測驗證，使用本文所述的檢驗檢測設(shè)備和檢驗檢測方法，在完成機械載荷測試的同時，基本已完成所有核心性能檢驗檢測項目，總的檢驗檢測時間從12個月（4個月機械載荷測試+3個月功率特性測試+2個月電能質(zhì)量測試+1個月噪聲測試+1個月電網(wǎng)適應(yīng)性+1個月故障電壓穿越性能=12個月）縮短至（4個連續(xù)測試+2個月瞬態(tài)測試=6個月）5個月，測試時間縮短了一半，大大提高了檢驗檢測的效率，其噪聲測試的合成不確定度也從±0.99 dB（A）降低到±0.76 dB（A），測試精度得到了提高。

5 結(jié)論

綜上所述，一體化檢驗檢測方法大大縮短了檢驗檢測時間，同時減少了檢驗檢測的誤差，大幅提升了風電機組檢驗檢測的效率和穩(wěn)定性，同時提高了風電機組產(chǎn)品認證的效率。