[發明專利]基于dSPACE的風電機組整機控制半實物仿真平臺

無效

• 申請號: 201210240842.5
• 申請日: 2012-07-11
• 公開（公告）號: CN102749853A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 童亦斌;劉京斗;謝樺
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 張雪梅

技術領域

本發明涉及風力發電領域，具體涉及到一種基于dSPACE的風電機組整機控制半實物仿真平臺。?

背景技術

隨著風電產業在世界范圍內的飛速發展，為降低風力發電成本、提高風能利用效率，風電機組的容量越來越大，這對風電機組的設計制造、控制系統設計以及風電相關設備提出了更高的要求，相關課題的研究也不斷增多。在研發過程中，傳統的實物測試調試盡管是很必要，然而，在風電機組相關技術的開發過程尤其是大型風電機組，風電場現場調試受到了極大的限制：風電場氣象條件的不定性、高昂的風電場測試費用、大量的人力資源耗費以及調試的極不方便都極大的制約了風電技術的開發調試。正因為風電設備研發過程中風電場實驗調試的困難，因此在實驗室條件下對風力發電技術進行仿真研究成為研究風力發電技術的重要手段。?

由于半實物仿真技術具有實時性、真實性、研究效果好等優點，而dSPACE能夠與MATLAB/simulink進行無縫連接，可作為控制原型和硬件在回路仿真模型，因此在實驗室條件下設計并搭建一套風基于dSPACE的風力發電半實物仿真平臺以供風力發電技術開發與研究，并在此平臺上對風機主控系統進行理論研究與分析探討很有必要性。?

發明內容

為解決以上現有技術的不足，本發明提供一種基于dSPACE的風電機組整機控制半實物仿真平臺。?

本發明的目的通過以下技術方案來實現：?

基于dSPACE的風電機組整機控制半實物仿真平臺，該平臺包括外部信號模擬部分、電機對拖平臺部分、網側變流器及電網模擬部分、偏航系統、?變槳系統和主控系統，所述外部信號模擬部分、電機對拖平臺部分、網側變流器及電網模擬部分、偏航系統、變槳系統通過風機控制總線與所述主控系統連接。?

進一步，其特征在于，所述外部信號模擬部分包括工控機和第一dSPACE模塊，所述工控機用來設置和顯示環境參數，所述第一dSPACE模塊根據工控機設置的環境參數，實時計算出發電機軸向力矩、偏航負載力矩、變槳負載力矩、電網變化數據。?

進一步，所述電機對拖平臺包括第一變頻器、原動機、轉動慣量模擬單元、異步電機和第二變頻器，所述轉動慣量模擬單元包括飛輪，該飛輪同軸設置有轉速轉矩傳感器，所述第一變頻器和異步電機作為原動機模擬風輪，通過飛輪與模擬發電機另一臺變頻器和異步電機相連，飛輪的轉動慣量可以改變，用來模擬不同的風輪。?

進一步，所述網側變流器及電網模擬部分主要包括用來模擬電網電壓跌落對風力發電機組的影響以及風力發電機輸出功率的波動對電力系統的影響的第二dSPACE模塊。?

進一步，所述偏航系統包括偏航電機，偏航角度計數器，扭攬傳感器。?

進一步，所述變槳系統包括直流伺服驅動器、充電機、超級電容、開關電源、PLC和相應的傳感器。?

進一步，所述主控系統使用1.5MW機組主控柜，主控柜中配備有主控PLC，顯示屏和設置鍵盤，以及機組中必需的接觸器、空氣開關，主控系統通過CANOPEN與模擬風力發電機組部分中的各個子系統相連。?

本發明的優點在于：?

該實驗平臺能夠準確模擬環境、電網的變化、風輪機輸出特性、變流和控制系統及偏航、變槳等其它關鍵零部件模型，可以模擬風力發電機組在不同環境和條件下的運行情況；同時實驗平臺可以實現對運行中的機組動靜態性能的計算與仿真；能夠對機組的運行情況做出評估，為提高風電系統的效?率，穩定性以及可靠性的理論研究工作提供有力的支撐。?

附圖說明

圖1為風電機組整機控制半實物仿真平臺結構示意圖；?

圖2為電機對托平臺結構示意圖；?

圖3為偏航系統結構示意圖。?

具體實施方式

以下結合附圖對和具體實施例對本發明進行詳細的闡述。?

圖1表示風電機組整機控制半實物仿真平臺結構示意圖。該平臺包括外部信號模擬部分、電機對拖平臺部分、網側變流器及電網模擬部分、偏航系統、變槳系統和主控系統。?

所述外部信號模擬部分包括工控機1和dSPACE模塊2，所述工控機1有參數設置顯示界面，包括風速、風向設置，環境溫度設置、電網電壓、頻率設置，通過工控機設置并模擬機組內部分傳感器信號，如振動信號、關鍵溫度信號、閘片位置及磨損信號等，各種參數可以實時設置、改變，或按照事先設定的函數來產生，用來模擬環境的變化、以及某個故障的發生；dSPACE模塊2根據工控機設置的環境參數，實時計算出發電機軸向力矩、偏航負載力矩、變槳負載力矩、電網變化等數據，并通過環境控制總線傳遞到各個相關的模擬部分，完成對環境變化的模擬。?