风力发电行业的完整测试解决方案

● 变频后波形的失真

　　波形失真与谐波的关系，如图1所示。

　　失真波形的测量需要足够带宽，失真波形包含高频率成分，测量仪器的带宽如果没有延伸到高频段就容易产生误差。如图2所示。

　　图2 不同波形需要测量仪器的带宽

　　使用WT3000功率计可同时进行变频系统功率测量和谐波分析，方案如图3所示。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图3 基于WT3000功率计的测量方案

　　● 变频系统的谐波测量方法（如图4所示）

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图4 变频系统的谐波测量方法

　　使用FFT运算功能将波形由时域转换成频域，测量各频率成分提取叠加信号频率的方法如下。

　　傅里叶级数：所有周期函数均可用三角函数的和来表述。
　　傅里叶积分：将周期设为无穷大，使其能适用于所有函数。
　　傅里叶变换：对波形的时间函数x(t)进行傅里叶积分运算后，即可得出频率函数X(f)。

　　2 利用示波器对变频电路里波形信号作详细分析

　　PWM 调制后，通过功率计可以获得其电特性指标，为研发和检测部门提供准确的参考。如果想要进一步对调制后的波形信号作详细的分析，则需要运用具备Cycle Statistics功能的示波器（下文以横河DLM2000系列示波器）来实现。DLM2000的Cycle Statistics功能，在频率固定/Duty比变化时，或在Duty比固定/频率变化时，均可有效地对周期性变化的参数进行分析，方案如图5所示。

　　　　　　　　　　　　　图5 利用DLM2000示波器对变频电路里波形信号作详细分析

　　3 风电场整体监控

　　风力发电系统在安装后，为保证风力发电机的稳定运行，必须分别对以下的信号进行长期的监测和记录，这些数据最后统一进入到监控中心，长期保存。

　　● 风叶的形变。
　　● 发电机的扭矩、转速、震动和浪涌电流。
　　● 大气环境，如：温度、湿度、风力、风速、大气压等参数。
　　● 电功率参数，如：电压、电流、功率、功率参数、频率等。

　　风电场监控有几个特点：①监控的信号复杂多样；②监控环境恶劣：目前国内的风电场，主要分布在东北、内蒙古、新疆等地，冬季的气温很低，对测量仪器提出了很高的要求；③每个风场，都有大量的风机，监控数据总量很大，布线复杂。

　　因此，风电场的监控需要多种测试设备配套工作，同时还要具备一定性能优势以适应风电场的特殊环境。下面以横河电机公司的产品为例，解释一下风电场监控的完整方案。如图6所示。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图6 风电场监控的完整方案

　　首先，可通过滑动环（集电环）实现风叶监测信号的直接采集，风叶不停转动，对测量仪器的安装和信号采集会造成很大影响，通过集电环，可保证风叶转动时，信号线能够保持不动。

　　然后，利用数据采集器（MW100）进行现场数据采集、监测、记录和传输。MW100的使用环境温度为-40℃～70℃，具有很强的现场适应能力。它可将数据存储在CF卡中，即时网络中断，采集数据也可以得到很好的保存。也可以通过PR300实现相对廉价的高精度功率参数测量和传输。通过功率计WT3000 精确测量发电机的浪涌电流。最后可以利用DAQWORX专业采集软件对全部数据进行统合显示和记录。

　　综上所述，风力发电领域面临着空前的发展机遇，其设备系统研发、性能评估以及电场监控都在朝着越来越精密、越来越复杂的方向发展。为适应这样的机遇和挑战，风电行业对工具层面的测试仪器也提出了更高的要求。以横河电机为代表的全球测试方案供应商，也在积极应对。相信高效便捷的测试产品和解决方案会给整个风电行业提供强劲助力。