[發明專利]風電機組偏航系統與變槳系統精細化實時仿真平臺和方法

有效

• 申請號: 201610007849.0
• 申請日: 2016-01-06
• 公開（公告）號: CN105549423B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 蔡旭;賈鋒;李征;曹云峰;張琛;蔡游明;王磊;李悅強
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 徐紅銀;郭國中

1.一種風電機組偏航系統與變槳系統精細化實時仿真方法，其特征在于：

在GH Bladed軟件中建立風電機組的風模型、機械部分模型、氣動模型及偏航系統機械部分模型；

在實時數字仿真儀RTDS中建立風電機組的電氣部分模型、變槳系統模型、偏航系統電氣及控制部分模型、風機主控單元；

所述變槳系統模型包括：變槳控制單元、變槳電機及變頻器主電路、變槳執行機構，這些部分均建立在RTDS中，但變槳執行機構所需的變槳負載力矩由GH Bladed軟件提供；所述偏航系統電氣及控制部分模型包括偏航控制單元、偏航電機及變頻器主電路；

所述的GH Bladed軟件與RTDS之間通過通信可編程邏輯控制器PLC進行實時的變量交互和通信，實現完整的實時閉環仿真；

所述精細化實時仿真過程中，數據實時傳遞，其中最基本的數據流向形成3條閉環，分別為：

第1條：GH Bladed軟件中的發電機實時轉速ω_g通過通信PLC傳遞給RTDS后直接作為RTDS中發電機的轉速輸入，RTDS中發電機實時轉矩T_g通過通信PLC傳遞給GH Bladed軟件直接作為GH Bladed軟件中當前的發電機轉矩，形成第1條閉環；

第2條：GH Bladed軟件輸出的偏航誤差通過PLC傳遞給RTDS，經過風機主控單元控制算法后，產生偏航系統電氣及控制部分模型的偏航指令，RTDS中偏航系統電氣及控制部分模型輸出的偏航電機轉矩通過通信PLC傳遞給GH Bladed軟件直接作為GH Bladed軟件中當前的偏航作動器轉矩，形成第2條閉環；

第3條：RTDS經由通信PLC接收槳葉當前槳距角，同時通過通信PLC為RTDS提供當前的變槳負載力矩，形成第3條閉環；如果采用獨立變槳系統，第3條閉環拆分為3個獨立的閉環；

計算機與通信PLC之間采用基于TCP/IP的雙向數據通信，其中由GH Bladed軟件流向通信PLC的變量包括：風速信號、偏航誤差、發電機轉速信號、發電機功率信號、槳葉的變槳負載力矩、機艙軸線與正北方向夾角；由通信PLC流向GH Bladed軟件的變量包括：槳葉的槳距角、發電機的電磁轉矩和偏航作動器轉矩；

所述RTDS中電氣部分模型，包括發電機、變流器及其保護電路、變流器控制單元、機組升壓變壓器、線路、風場升壓變壓器、故障模擬電路以及電網；其中，所述發電機和變流器拓撲根據機組類型選取；所述故障模擬電路位于升壓變低壓母線上，用于模擬故障發生進行低電壓穿越測試；所述發電機、變流器、網側濾波器及機組升壓變壓器建立在小步長模型中，所述線路、風場升壓變壓器、故障模擬電路、電網建立在大步長模型中；

所述變槳系統模型分為統一變槳系統模型和獨立變槳系統模型，統一變槳系統模型中三個槳葉共用一套變槳執行機構，此時的變槳負載為3個槳葉的變槳負載力矩之和；獨立變槳系統模型中各個槳葉由獨立的變槳執行機構驅動；

所述RTDS中風機主控單元，實現以下功能：控制機組的啟動、并網、停機；機組的偏航對風及解纜控制；按上級功率指令方式或機組最大功率跟蹤方式，分別為變流器和變槳系統發送功率指令和槳距角指令，控制機組變速變槳運行；機組監測與保護；機組故障診斷與智能維護；風機主控單元接收輸入的發電機轉速、電功率及偏航誤差信號，通過主控算法為所述RTDS中變流器控制單元提供轉矩及無功指令，為變槳系統提供槳距角指令，為偏航系統提供偏航指令；對于獨立變槳系統，風機主控單元提供各個槳葉獨立的槳距角指令。

2.根據權利要求1所述的風電機組偏航系統與變槳系統精細化實時仿真方法，其特征在于，所述RTDS中的偏航電機以機械轉速作為輸入，其機械轉速通過以下方式間接獲得：RTDS接收輸入的機艙與正北方向的夾角信號，實測機艙與正北方向的夾角求微分后乘以偏航變速裝置的變比N_gby得到偏航電機轉速。

3.一種用于實現上述權利要求1-2任一項所述方法的風電機組偏航系統與變槳系統精細化實時仿真平臺，所述平臺包括GH Bladed軟件的計算機、實時數字仿真儀RTDS、通信可編程邏輯控制器PLC，其特征在于：

所述計算機的GH Bladed軟件中建立有風電機組的風模型、機械部分模型、氣動模型及偏航系統機械部分模型；

所述RTDS中建立風電機組的電氣部分模型、變槳系統模型、偏航系統電氣及控制部分模型、風機主控單元；

所述變槳系統模型包括：變槳控制單元、變槳電機及變頻器主電路、變槳執行機構，這些部分均建立在RTDS中，但變槳執行機構所需的變槳負載力矩由GH Bladed軟件提供，所述偏航系統電氣及控制部分模型包括偏航控制單元、偏航電機及變頻器主電路；

GH Bladed軟件與RTDS之間通過通信PLC進行實時的變量交互和通信，實現完整的實時閉環仿真。