[發明專利]一種基于數字孿生的風機直驅變槳距系統及優化設計方法

在審

• 申請號: 201811316348.6
• 申請日: 2018-11-07
• 公開（公告）號: CN109356789A
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發明（設計）人: 李威;盛連超;王禹橋;楊雪鋒;范孟豹;許少毅;王承濤;聞東東;陳宇鳴;夏婷;姜聳;陳家俊;李敏;王越
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

一種基于數字孿生的風機直驅變槳距系統及優化設計方法，屬于一種風力發電機系統優化設計方法。通過安裝在風機直驅變槳距系統物理實體模型中的SCADA系統及傳感器，完成對發電機轉速、風速、功率、槳距角、變槳力矩、槳葉振動、環境溫度等數據的采集，通過數字孿生映射模型將數據傳送到風機直驅變槳距系統數字孿生虛擬空間，風機直驅變槳距系統數字孿生虛擬空間通過對傳感器更新，歷史運行數據等的分析，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真，反映相應風機直驅變槳距系統物理實體裝備的生命周期過程，完成系統優化設計、生產以及更可靠的運維，可以避免傳統變槳距系統必須先制造，再對方案的質量和可制造性評估的問題，有效降低了生產成本。

技術領域

本發明涉及一種風力發電機系統及其優化設計方法，特別是一種風力發電機永磁直驅變槳距系統及其優化設計方法。

背景技術

風力發電機組中的電動變槳距系統用于不同風速工況下槳葉角度的變化，從而實現最大限度的捕獲風能，并保證風機在高風速區能保持安全穩定運行。

目前傳統的電動變槳距系統采用三相異步交流電機配合減速器的傳動方式完成變槳工作，該類機電傳動線路較長、環節較多，極易出現諸多故障，并且變槳機構安裝在塔架上方，一旦出現故障，設備維修難度非常大，優化成本較高。另外，對風機變槳距系統的優化完善過程為整體設計研發-實體產品加工-優化完善的一個基本過程，該優化完善過程不僅延長了時間，同時增加了成本，并且無法預測后續產品在運行過程中可能出現的問題。

數字孿生是一種集成多物理、多尺度、多學科屬性，具有實時同步、忠實映射、高保真度特性，能夠實現物理世界與信息世界交互與融合的技術手段。數字孿生虛擬空間模型是物理實體忠實的數字化鏡像，集成與融合了幾何、物理、行為及規則4層模型，可以有效對物理實體模型進行評估、優化、預測和評測。同時隨著稀土永磁材料及電力電子技術和控制技術的發展，永磁同步電機以其低轉速，大扭矩，體積小的優點逐步得到應用，再加上“直接驅動”理念的大勢所趨，本發明提出了一種基于數字孿生的風機直驅變槳距系統優化設計方法。

發明內容

本發明的目的是要提供一種基于數字孿生的風機直驅變槳距系統及其優化設計方法，

解決傳統風力發電機變槳距系統傳動線路長，傳動環節多，易出現諸多故障，維修難度大以及優化改善困難，優化成本較高的問題。

本發明的目的是這樣實現的：本發明基于數字孿生的風機直驅變槳距系統及其優化設計方法。

所述的風機直驅變槳距系統包括：永磁電機變頻器(3)、永磁同步電機(5)、變槳距小齒輪(4)、變槳距大齒圈(2)和槳葉(1)；所述永磁同步電機(5)的輸出軸上連接有變槳距小齒輪(4)，作為驅動源直接驅動變槳距小齒輪(4)轉動；變槳距小齒輪(4)與變槳距大齒圈(2)嚙合，帶動變槳距大齒圈(2)轉動；槳葉(1)安裝在槳距大齒圈(2)上，槳葉(1)也隨槳距大齒圈(2)的轉動而轉動，永磁電機變頻器(3)為永磁同步電機(5)提供變頻電源，控制永磁同步電機(5)運轉；永磁電機變頻器(3)控制永磁同步電機(5)的轉動速度，完成風力發電機變槳工作。

一種基于數字孿生的風機直驅變槳距系統的優化設計方法，包括如下步驟：

A.通過安裝在風機直驅變槳距系統物理實體中的SCADA系統及傳感器，完成對發電機轉速、時間、風速、功率、槳距角、變槳力矩、槳葉振動和環境溫度數據的采集，采集到的數據，上傳到SCADA系統，系統完成數據的記錄、保存、顯示和極端狀況下的報警；

B.將SCADA系統采集到的數據信息通過數字孿生映射模型傳送到風機直驅變槳距系統數字孿生虛擬空間模型；

C.風機直驅變槳距系統數字孿生虛擬空間模型通過對傳感器信息的更新，歷史運行數據的分析，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真；