[發明專利]風力機模擬器的考慮阻尼補償的兆瓦級風機模擬方法

在審

• 申請號: 201710137474.4
• 申請日: 2017-03-09
• 公開（公告）號: CN106951614A
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 殷明慧;鐘文冬;徐洋超;范穎;李志翔;李冬運;卜京;謝云云;蔡晨曉;鄒云
• 申請（專利權）人: 南京理工大學;國網江蘇省電力公司電力科學研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 馬魯晉

技術領域

本發明屬于風力機模擬器領域，特別是一種考慮阻尼補償的兆瓦級風機模擬方法。

背景技術

風力機模擬器(Wind Turbine Simulator,WTS)作為模擬風力機的輸出特性的有效可靠的工具，可以在實驗室環境下預先驗證風能轉換系統(WECS)的控制策略。現場實驗是研究風力發電技術必要的途徑，風力機模擬器最大程度的還原了風力發電機現場，節約了經濟和時間的成本，而且實驗不受氣象等外部條件的影響，極大地降低了風力發電技術研究的成本和難度。風力機模擬器可以用于風力發電技術研究的各個鄰域，包括風輪機葉片氣動設計、風能轉換系統的控制策略驗證、風儲聯合平臺搭建、風電并網等技術研究，對整個風力發電系統的技術研究都有著重大的科研意義。

風力機模擬器實際的物理結構與真實的風力機差別還是很大，在模擬實際風輪的大轉動慣量導致的慢動態特性上具有比較大的難度，傳統模擬器一般采取轉動慣量補償策略來還原實際風力機的慢機械特性，從而能夠模擬幾倍于自身的風機，但是往往忽略了傳動鏈的阻尼摩擦，或者簡單將其建模為與轉速相關的一次線性表達，這些方法使得模擬器在模擬輸出特性的精度和可靠性方面都有所欠缺，比如不采用阻尼補償導致模擬器的風能捕獲效率過低，簡單的采用一次線性補償導致模擬器的某些電氣參數又高于實際指標，而且目前方法無法準確的模擬更大功率風機的輸出特性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種風力機模擬器的考慮阻尼補償的兆瓦級風機模擬方法。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種風力機模擬器的考慮阻尼補償的兆瓦級風機模擬方法，包含以下步驟：

步驟1、建立風力機模擬器傳動鏈摩擦力矩模型T_Ks(ω)，ω為風力機模擬器軸系轉速；

步驟2、確定風力機模擬器傳動鏈模型的常量參數，該常量參數為風力機模擬器的轉動慣量J_s；

步驟3、確定被模擬風力機的基本參數，包括風力機轉動慣量J_t、風力機傳動鏈摩擦力矩T_Kt(ω)和齒輪箱變比n_g；

步驟4、根據風機模擬器模擬轉矩公式和縮放后的實際風力機轉矩公式，得到包含將實際風機阻尼轉矩縮放后的T_s，將其作為風力機模擬器電動機的參考轉矩，從而完成對實際風力機的轉矩輸出模擬，其中風力機模擬器轉矩模擬公式中引入了步驟1中的風力機模擬器傳動鏈摩擦力矩模型。

本發明與現有技術相比，其顯著優點為：1)本發明首次提出了一個風力機模擬器的考慮阻尼補償的兆瓦級風機模擬方法，解決了模擬器無法模擬大功率風機輸出特性的問題；2)本發明公開了風力機模擬器的考慮阻尼補償的兆瓦級風機模擬方法的詳細步驟，簡單易行且，能夠保證風力機模擬器模擬更大轉動慣量的風力機的同時，更加準確復現實際風力機的慢動態特性。

附圖說明

圖1為本發明的風力機模擬器的考慮阻尼補償的兆瓦級風機模擬方法的流程圖。

圖2為實際風力機傳動鏈單質量模型。

圖3為基于縮放比的傳動鏈模擬器數學模型

圖4為本發明的具體實施例的模擬器結構圖。

圖5為在縮放因子S＝50的條件下根據實驗結果按兩種方法擬合的阻尼特性。

圖6為未采用和分別采用了兩種阻尼補償方法后在湍流風速下風力機模擬器WTS和仿真軟件FAST的轉速軌跡圖，其中圖(a)是未進行阻尼補償的仿真實驗轉速對比，圖(b)是線性補償與FAST仿真對比，圖(c)是非線性補償與FAST仿真對比。

具體實施方式

本發明提供了一種適用于模擬兆瓦級風力機的考慮阻尼補償的模擬方法。通過等比縮放的方法，能夠模擬大功率風力機，同時采用非線性阻尼補償策略使得風力機模擬器能夠更加準確可靠的模擬大功率風力機輸出特性。

本發明的一種風力機模擬器的考慮阻尼補償的兆瓦級風機模擬方法，包括以下步驟：

步驟1、建立風力機模擬器傳動鏈摩擦力矩模型T_Ks(ω)，其中ω為風力機模擬器軸系轉速；所述風力機模擬器傳動鏈摩擦力矩模型T_Ks(ω)為：

式中，N表示擬合階數，a_i表示擬合多項式的系數，i為多項式系數的下標。

步驟2、確定風力機模擬器傳動鏈模型的常量參數，該常量參數為風力機模擬器的轉動慣量J_s；所述風力機模擬器傳動鏈模型為: