[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

本發明提供一種風電機組偏航系統與變槳系統精細化實時仿真平臺及方法，所述方法為：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；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，偏航系統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PLC進行實時的變量交互和通信，實現完整的實時閉環仿真。本發明詳細考慮變槳動態和偏航動態的風電機組整機模型，能很好的滿足變槳系統和偏航系統的研究需要，精確程度提高。

技術領域

本發明涉及風力發電中的變槳系統和偏航系統，具體地，涉及一種風電機組偏航系統與變槳系統的精細化仿真平臺和方法，尤其是一種基于RTDS與Bladed的風電機組偏航系統與變槳系統的精細化仿真平臺和方法。

背景技術

變槳系統和偏航系統是大型風電機組的重要裝置，對風電機組的發電優化、機組安全運行均起到至關重要的作用，因此對變槳系統與偏航系統的研究是十分重要的。但是在風電機組上直接進行實驗測試成本高，且大部分研究者不具備相關實驗條件。

現有學術研究中通常將變槳系統簡化為變槳指令的一階滯后環節。事實上變槳系統包含變槳控制、變槳電機驅動控制、變槳電機及其變頻器、變槳執行機構等部分，簡化的變槳系統模型無法逼真模擬變槳系統的全動態及其與風電機組整機的交互。

現有學術研究中通常認為風輪始終正對風向而忽略偏航系統，或用給定的偏航速率模擬偏航系統。事實上偏航系統包含偏航控制、偏航電機驅動控制、偏航電機及其變頻器、偏航執行機構等部分，簡化的偏航系統模型無法逼真模擬偏航系統的全動態及其與風電機組整機的交互。

目前尚且沒有能詳細考慮變槳動態和偏航動態的風電機組整機精細化模型。

國內已有整機廠商構建了變槳系統的拖動實驗平臺，對變槳控制系統進行測試。但是變槳拖動平臺功能單一，不同機組機械參數不一致導致槳葉繞變槳軸線的轉動慣量各異，因此應用于不同機組時存在改造難度大的缺陷。另外變槳系統的實際響應與變槳負載緊密聯系，而變槳負載模擬難度也較大。

已有專利CN102354125B提出了采用Bladed和RTDS構建風電機組低電壓穿越綜合模擬系統的方法，但是該專利并未說明Bladed與RTDS之間如何同步的實時運行以及如何通信構建完整系統，也并未提及滿足精細化要求的偏航系統和變槳系統的構建方法。

作為與本發明最相近的方案，中國專利CN102749853A公開了一種基于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。該實驗平臺能夠模擬環境、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。

上述CN 102749853 A中，實質是實現了小功率樣機的實物對拖平臺，無法作為大型風電機組的鏡像模型。風電機組氣動模型與大部分其他模型直接關聯，該發明中氣動模型通過dSPACE實現，精確程度不夠，其提供的偏航負載力矩和變槳復負載力矩準確度欠佳，且沒有柔性塔架、柔性槳葉等機械部分模型。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種風電機組偏航系統與變槳系統的精細化仿真平臺和方法，詳細考慮變槳動態和偏航動態的風電機組整機模型，能很好的滿足變槳系統和偏航系統的研究需要，精確程度提高。

根據本發明的第一方面，提供一種風電機組偏航系統與變槳系統的精細化實時仿真方法，所述方法具體為：