[發明專利]基于無速度傳感器地面試驗臺的風機機械動態模擬方法及系統

有效

• 申請號: 202110233276.4
• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN112983753B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 徐勝元;殷明慧;鄒云;周連俊;顧偉峰;葛嵩林;陳載宇;汪成根;孫蓉;劉建坤;卜京;楊炯明;彭云
• 申請（專利權）人: 南京理工大學;江蘇金風科技有限公司;國網江蘇省電力有限公司電力科學研究院
• 主分類號: F03D17/00
• 分類號: F03D17/00;F03D80/00;G06F30/20
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱炳斐

本發明公開了一種基于無速度傳感器地面試驗臺的風機機械動態模擬方法及系統。該方法在現有引入高階濾波器的含時滯的風電機組試驗臺離散化模型的基礎上，改變轉矩補償回路中加速度的觀測方式，通過對風電機組全功率地面試驗臺和要模擬的風力機進行測試得到兩者的轉動慣量，其次獲取試驗臺電動機驅動轉矩響應值和發電機電磁轉矩響應值，通過計算兩者差值并除以試驗臺整體的轉動慣量進行加速度觀測，最后基于加速度進行慣量補償。與傳統基于轉速差分的轉動慣量補償策略相比，本發明無需安裝高精度轉速傳感器就可實現轉動慣量補償策略，使得全功率試驗臺能夠穩定模擬大轉動慣量的風力機，協助科研人員在實驗室環境中開展風力機發電、控制、涉網等實驗。

技術領域

本發明屬于風力機模擬器領域，特別涉及一種基于無速度傳感器地面試驗臺的風機機械動態模擬方法及系統。

背景技術

風力發電技術的健康快速發展離不開大量的試驗測試和試驗驗證。由于在實際的風場開展實驗極其困難且耗費時間，風電機組全功率地面試驗臺使得研究人員在實驗室開展風力機實驗成為可能。然而試驗臺的轉動慣量要小于實際風力機的轉動慣量，為了能使試驗臺復現實際風力機的慢動態機械特性，目前主流的解決方案是采用轉動慣量補償策略對試驗臺的轉動慣量進行虛擬補償。

目前的轉動慣量補償策略普遍通過轉速差分的方法求取加速度進而實現轉動慣量補償。該方法需要對試驗臺轉速進行高精度測量，若轉速測量誤差較大極易引起補償策略的失敗。對于小容量的風電機組地面試驗臺而言，由于其體積較小，往往用于模擬風電機組高速側的轉速情況，其轉速較高(1500rpm左右)，便于安裝轉速傳感器以實現轉速高精度測量，進而能夠實現基于轉速差分方法的轉動慣量補償策略。但是MW級全功率地面試驗臺的轉速相對要低很多。以金風科技6MW全功率風電機組試驗臺為例，試驗臺采用直驅發電機型，其轉速范圍僅在0～20rpm之間，同時受到現場電磁干擾的嚴重影響，轉速不容易準確測量，這勢必會影響現有轉動慣量補償策略算法的實現。

此外，在試驗臺上實現基于轉速差分的轉動慣量補償策略時，在求取加速度時會引入一步加速度觀測時滯，同時試驗臺也存在通信時滯，而這兩種時滯會降低試驗臺的轉動慣量模擬倍數(時滯存在的情況下，試驗臺轉動慣量最大模擬倍數僅為2)，當風力機的轉動慣量大于試驗臺轉動慣量的2倍時，試驗臺會振蕩失穩。

基于上述情況，目前迫切需要一種基于無速度傳感器地面試驗臺的風機機械動態模擬方法，對于全功率地面試驗臺而言，在無需引入轉速傳感器的同時，也能夠準確消除時滯對試驗臺穩定性的影響，從而使得試驗臺能夠模擬更大轉動慣量倍數的風力機。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術存在的問題，提供一種基于無速度傳感器地面試驗臺的風機機械動態模擬方法及系統。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于無速度傳感器地面試驗臺的風機機械動態模擬方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1，對風電機組全功率地面試驗臺進行測試，確定試驗臺的轉動慣量J_s；

步驟2，確定地面試驗臺所要模擬的風力機機型，確定風力機的轉動慣量J_t；

步驟3，采集地面試驗臺電動機驅動轉矩響應值T_s和發電機電磁轉矩響應值T_g；

步驟4，求取地面試驗臺轉速加速度α_comp；

步驟5，求取補償轉矩T_comp同時構建濾波器，實現轉動慣量補償策略，使試驗臺能穩定模擬大倍數轉動慣量的風力機。

進一步地，步驟4中所述試驗臺轉速加速度α_comp的計算公式為：

進一步地，步驟5中所述補償轉矩T_comp的計算公式為：