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風(fēng)力發(fā)電 HALT 試驗臺實現(xiàn)嚴(yán)格測試

丹麥正在為風(fēng)機組測試技術(shù)建立一項新的標(biāo)準(zhǔn)。丹麥林都海洋可再生能源中心（LORC）能夠測試風(fēng)機機艙在其超過 25 年的使用壽命期間可能承受的所有風(fēng)荷載和扭轉(zhuǎn)力矩。他們采用倍福的自動化技術(shù)實現(xiàn)試驗臺控制。

隨著風(fēng)機的體積越來越大，造價越來越昂貴，對于在整個使用壽命期間最小化損壞風(fēng)險的需求也逐步增加。這就需要在開始批量生產(chǎn)一款新一代風(fēng)機之前在真正的風(fēng)機上進行載荷測試。2017 年 12 月在丹麥蒙克博上線的全球最大的風(fēng)機組（最大 10 兆瓦）試驗臺 LORC 的使命就是提供最嚴(yán)格的高加速壽命測試（HALT），大型風(fēng)力模擬器使用機械功能、液壓功能和電動功能在 6 個月內(nèi)生成風(fēng)機在其整個 25 年使用壽命期間所要承受的壓力和應(yīng)力。這類測試有助于識別設(shè)計和結(jié)構(gòu)方面的缺陷，以便在批量生產(chǎn)風(fēng)機之前能夠進行必要的修改。

盡管試驗臺重達 4000 噸，但TwinCAT 3 軟件仍然能夠快速實現(xiàn)控制并輕松集成高級仿真模型

擁有真實試驗環(huán)境條件的試驗臺

丹麥工程公司 R&D Test Systems 是此設(shè)施的交鑰匙供應(yīng)商，負(fù)責(zé)實施整個項目：從設(shè)計和開發(fā)機械組件一直到編程和調(diào)試。復(fù)雜的開發(fā)和實施過程需要很多年才能完成。為了確保調(diào)試過程平穩(wěn)進行，并保證試驗臺性能穩(wěn)定可靠，必須對所有功能進行徹底的模擬和測試。仿真模型和測試結(jié)果用于進一步開發(fā)軟件以及給操作人員進行培訓(xùn)。

在測試中心，根據(jù)來自世界各地的風(fēng)場的風(fēng)力和天氣數(shù)據(jù)對風(fēng)機的機械部件進行真實的疲勞測試。倍福丹麥分公司的總經(jīng)理 Michael Nielsen 解釋說：“模擬真實環(huán)境條件的能力對于風(fēng)電及其它采用重型解決方案的行業(yè)來說越來越重要。從長遠來看，如果制造商們能夠知道風(fēng)機在實際應(yīng)用中會有怎樣的反應(yīng)，就可以幫助他們節(jié)省許多資源。”倍福通過TwinCAT 3 軟件、功能強大的工業(yè) PC 和各種 EtherCAT I/O 端子模塊為所有測試場景的規(guī)范和監(jiān)控提供了基礎(chǔ)。丹麥控制柜供應(yīng)商Tricon Electric A/S 安裝了這些組件。

每一臺新開發(fā)出來的風(fēng)機都必須作為一個完整的系統(tǒng)進行測試。考慮到現(xiàn)代風(fēng)機的尺寸龐大，想要進行測試非常困難，因此制造商們自己測試機艙，在試驗臺上盡可能逼真地模擬轉(zhuǎn)子、電路及其它環(huán)境條件的影響。為了映射影響主渦輪軸和機艙的所有力因數(shù)和扭矩因數(shù)，新的 HALT 試驗臺需要采用獨特的設(shè)計。建造這樣一個長 31 米，寬 8 米，高 13 米的設(shè)施，需要使用 310 噸鋼和 107 根混凝土柱（必須埋在地下 16 米深處）。試驗臺重達 4000 噸，采用液壓彎曲系統(tǒng)，可以對被測風(fēng)機施加高達 25 MNm的彎矩。它通過液壓缸產(chǎn)生這些力，一套扭矩為 14.5 Mnm的驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)生施加在轉(zhuǎn)子上的風(fēng)力。

當(dāng)風(fēng)切、強風(fēng)或者風(fēng)擾對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生沖擊時，會產(chǎn)生額外的彎矩和推力。試驗臺通過一個六自由度結(jié)構(gòu)中的液壓缸重新產(chǎn)生這些力。然而，由于沒有風(fēng)電塔筒和轉(zhuǎn)子，系統(tǒng)必須盡可能精確地模擬這些真實條件，因此仿真模型必須實時計算機艙和轉(zhuǎn)子之間的交互，并將相應(yīng)的信號發(fā)送給液壓缸。系統(tǒng)能夠模擬各種運行條件，如機艙在起暴風(fēng)時或在電網(wǎng)故障和急停后的行為。

毫秒級范圍內(nèi)的模擬

在測試運行期間，傳感器必須能夠在最短時間內(nèi)采集、處理和傳輸大數(shù)據(jù)量，因此在調(diào)試前，必須在 MATLAB/Simulink中建模所有試驗臺組件和測試對象。R&D Test Systems 公司軟件經(jīng)理 Allan Mogensen說道：“因為軟件必須能夠盡快響應(yīng)各種測試場景，所以我們希望盡可能縮短循環(huán)時間。通過比較，我們發(fā)現(xiàn)倍福的TwinCAT 3 自動化軟件讓我們能夠?qū)崿F(xiàn) 1 毫秒的循環(huán)時間，于是我們選擇了倍福系統(tǒng)。”

TwinCAT 3 中的 MATLAB/Simulink軟件界面是另外一個優(yōu)點，Allan Mogensen補充道：“為了確保具有出色的性能和很強的可操作性，我們通過創(chuàng)建試驗平臺所有物理組件的 MATLAB/Simulink模型以及 LORC 客戶實際想要的測試對象的方式模擬計算機上的所有功能。MATLAB模型模擬可用作真實物理機械系統(tǒng)后期真實測試的基準(zhǔn)，不會對機械系統(tǒng)造成威脅。這讓我們能夠比原計劃更快地完成目標(biāo)。”

Allan Mogensen總結(jié)說道：“這座試驗臺是丹麥及丹麥風(fēng)電行業(yè)的“燈塔工程”，我們交付了一個能夠更快、更高效地測試風(fēng)機的 HALT 設(shè)施。是否具有足夠的計算能力對我們實施此項目有著重要影響。倍福的硬件和軟件可以理想地滿足這些要求。”Tricon Electric 公司的銷售工程師 Morten Hauge同意 Allan 的觀點：“為這么大一個項目提供如此先進的解決方案是一件有趣而又富有挑戰(zhàn)的工作。倍福的硬件具有執(zhí)行此類艱巨任務(wù)所需的智能水平。”

倍福的硬件組件安裝在由Tricon Electric 提供的六個控制柜中，通過功能強大的 EtherCAT 網(wǎng)絡(luò)相互通信