[發明專利]一種用于風力發電機主控系統測試的硬件在環實驗系統和方法

有效

• 申請號: 201110275971.3
• 申請日: 2011-09-16
• 公開（公告）號: CN102385377A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 李玲蓮;張丹
• 申請（專利權）人: 上?？斪詣踊萍加邢薰?/a>
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種用于風力發電機主控系統測試的硬件在環實驗系統和方法。

背景技術

隨著風電機組控制系統的日趨復雜化對仿真系統的實時性、靈活性提出了更高的要求。目前主控系統的測試主要采用如下路線：離線算法仿真平臺——＞全功率拖動平臺——＞現場風電機組測試。不足之處在于：離線仿真與實際運行工況存在失真和脫節，在實時性上的局限性導致仿真結果的置信度低。同時離線仿真平臺也不適合用作故障模式分析。

全功率拖動平臺雖然可對齒輪箱，發電機、變流器等各部件進行電氣系統的可操作性的測試，但是拖動平臺對軟件和核心算法性能缺乏檢測，極限工況的測試過程存在風險，可能引起大電氣元件的損傷，同時占地面積大，花費高。

真實風場的缺點是：由于氣象條件的不定性，對主控各功能的測試會造成高昂的風場測試費用、大量的時間和人力資源耗費(比如對極端風況的測試可能需要等待一個月以上的時間)，發生事故的風險性也較高。

目前硬件在環仿真在汽車領域已是相對成熟的技術，該技術可以將被測控制器連接到模型或者臺架實車上進行大量重復的快速原型設計、在環測試仿真以及標定，但是該技術在風電機領域的應用還屬于空白。

因為風電機組控制器的仿真和測試更依賴于模型的精確程度，和實時性的保障。硬件在環仿真系統需要具備隨機風載荷信號，涵蓋風電機組各部件的復雜的空氣動力學、結構動力學模型，如塔架、葉片、傳動鏈、電機和電網模型。在計算各個子模型的動力學響應后，由控制算法實時給出控制的策略。因此既要盡可能反應真實的風電機組響應，又要保證實時性(如風電機組主控制器的最小響應時間是10ms)，是硬件在環實驗平臺需要面臨的巨大挑戰。

發明內容

由于現有技術存在的上述問題.，本發明的目的是提出一種用于風力發電機主控系統測試的硬件在環實驗系統，通過該系統可以有效減低風電控制器的調試和維護成本，大大縮短開發時間周期，提高測試效率，在盡可能反應真實的風電機組響應的同時，又保證了實時性問題；且本發明還提出了通過該系統實現的硬件在環實驗方法。

根據本發明的目的，本發明提出了一種用于風力發電機主控系統測試的硬件在環實驗系統，其包括通過RS-232、RS-485連接的上位機和下位機，且該上位機、下位機分別通過RS-485、以太網和CAN總線與風電機組主控器進行連接，實現和該待測風電機組主控器輸入輸出點一對一的連接通訊，且該風電機組主控器的輸出信號通過一執行和負載模擬模塊反饋到所述下位機；所述上位機承擔該風力發電機仿真系統的搭建與參數設置，借助圖形化界面實現參數的選取，仿真數據的存儲，讀取功能，同時編寫通訊接口程序。

作為本發明的進一步特征，本發明所述上位機包括Simulink環境下相互連接的監測模塊、風載荷生成模塊和仿真模塊，該仿真模塊包括連接的風電機組氣動模塊、風電機組結構動力特性模塊、變槳模塊、發電機模塊及電網模塊。

作為本發明的進一步特征，本發明所述執行和負載模擬模塊包括變流器模塊、伺服電機和傳感器模塊。

作為本發明的進一步特征，本發明所述下位機包括實時內核系統和通訊接口，與風電機組主控器采用雙PLC構架進行數據交互。

作為本發明的進一步特征，本發明所述下位機與一示波器相連。

根據本發明的目的，本發明還提出一種用于風力發電機主控系統測試的硬件在環實驗方法，包括以下步驟：

1)用戶設計風電機組參數，如葉片的長度、翼型和塔筒質量和剛度分布；

2)用戶設計風譜參數和風載荷類型，由風載荷生成模塊產生湍流風載荷數據，如極端風速、陣風、順風、逆風和斜坡風；

3)用戶設定風電機組結構動力特性模塊的參數，如自由度、剛體數目；

4)上位機依次運行所述風電機組氣動模塊、變槳模塊、發電機模塊和風電機組結構動力特性模塊和電網模塊，采用柔性多體動力學方法得到風電機組的動力學特性參數，如固有頻率和振型，之后與采用有限元方法計算得到的結果進行比較，判斷是否需要重新設定風電機組結構動力特性模塊的參數；

5)然后生成C語言實時代碼，并把所述仿真模塊下載到下位機的實時內核系統下運行；

6)用戶設定測試項目；

7)在下位機上運行仿真模塊，輸出的參數作為風電機組主控器端的模擬和數據輸入，并輸入到所述監測模塊；

8)風電機組主控器通過控制算法，對輸入信號做出響應，并輸出控制參數，發出控制指令，該控制參數輸入到所述監測模塊；