[發明專利]一種風力發電的模型仿真系統及方法

有效

• 申請號: 202110591862.6
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113279919B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 朱博迪;曾榮漢;劉超飛;陳燕;殷儒希;畢玉冰;崔逸群;呂珍珍;胥冠軍
• 申請（專利權）人: 華能國際電力股份有限公司;西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: F03D17/00
• 分類號: F03D17/00;G05B17/02
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

1.一種風力發電的模型仿真系統，其特征在于：包括模擬風力裝置模塊(1)、偏航裝置模塊(2)、變槳裝置模塊(3)、風機模型模塊(4)、傳感器與控制模塊和仿真機(5)；

所述模擬風力裝置模塊(1)的環繞圓形導軌(1-4)的圓心設置，所述偏航裝置模塊(2)、變槳裝置模塊(3)和風機模型模塊(4)的主體部分位于圓形導軌(1-4)的圓心；

所述模擬風力裝置模塊作用是提供模擬的風力場景，包括風扇(1-1)，風扇(1-1)連接在伸縮桿(1-2)的上端，伸縮桿(1-2)的下端連接風扇底座(1-3)，伸縮桿(1-2)能夠調節高度，圓形導軌(1-4)安裝在風扇底座(1-3)的下端，使得風扇底座(1-3)能夠在圓形導軌(1-4)上自由滑動；

所述風機模型模塊(4)包括風機保護殼(4-3)，交流發電機(4-1)放置在風機保護殼(4-3)的內部，三個槳葉緊固裝置(4-2)按照垂直方向均勻排列在風機保護殼(4-3)上；

所述偏航裝置模塊(2)包括偏航電機(2-1)，偏航電機(2-1)安裝在風機模型模塊(4)中的風機保護殼(4-3)的內部，并且通過信號線與主控制器PLC(2-4)相連，主控制器PLC(2-4)通過信號線與對風舵(2-2)相連，對風舵(2-2)放置在圓型導軌(1-4) 的圓心，高度低于風機模型模塊(4)；對風舵(2-2)能夠根據風向自動對風，采集此時的迎風角度、風力大小信息，傳送至主控制器PLC(2-4)，主控制器PLC(2-4)通過控制偏航電機(2-1)控制風機模型模塊(4) 的水平旋轉角度；

所述變槳裝置模塊(3)包括變槳電機(3-1)，變槳電機(3-1)安裝在風機模型模塊(4)中的風機保護殼(4-3)的內部，并且通過信號線與主控制器PLC(2-4)相連，變槳電機(3-1)連接槳葉(3-2)，能夠調節槳葉(3-2)繞槳葉軸心的旋轉角度，槳葉(3-2)直接安裝在風機模型模塊(4)中的槳葉緊固裝置(4-2)上，并且能更換若干套規格大小不同的槳葉；

所述傳感器與控制模塊：包括在變槳裝置模塊(3)中的槳葉(3-2)上安裝的速度傳感器獲得此時槳葉的旋轉速度，在偏航裝置模塊(2)的對風舵(2-2)上安裝的風速風向傳感器(2-3)獲得此時風速風向的信息，在風機模型模塊(4)上安裝的角度測量儀上獲取此時風機模型的迎風角度；并且以上傳感器通過千兆網線與仿真機(5)相連，實時傳送數據；主控制器PLC(2-4)與仿真機(5)通過千兆網線相連，仿真機(5)通過主控制器PLC(2-4)下發指令；

交流發電機(4-1)通過模擬量/數字量轉換器，將交流電轉化為數字量信號，獲得此時交流發電機(4-1)發出的交流電信息；同時傳送至仿真機(5)進行仿真數據導出和分析；

所述仿真機(5)上通過MATLAB軟件部署有整流模塊、逆變模塊、信號放大模塊對數據進行處理，完成實驗；

所述變槳裝置模塊(3)上的槳葉(3-2)能夠拆卸，根據需要備用多套以便于更換不同類型槳葉。

2.如 權利要求1所述的一種風力發電的模型仿真系統的模型仿真方法，其特征在于：通過風力發電的模型仿真系統，進行測試和仿真，包括如下步驟：

S100：通過模擬風力裝置模塊(1)送風到風機模型模塊(4)，為風機模型模塊(4)提供模擬風力環境；

S200：偏航裝置模塊(2)中的對風舵(2-2)受風轉動后，通過風速風向傳感器(2-3)將風力風向反饋到主控制器PLC(2-4)，并且風速風向傳感器(2-3)收集此時的風力風向信息；

S300：風機模型模塊(4)通過主控制器PLC(2-4)控制偏航裝置模塊(2)中的偏航電機(2-1)，利用偏航電機(2-1)帶動風機模型模塊(4)做水平旋轉，做任意角度的轉動受風，帶動風機模型模塊(4)中的交流發電機(4-1)；

S400：通過主控制器PLC(2-4)控制其變槳裝置模塊(3)中的變槳電機(3-1)，改變槳葉(3-2)的迎風角度，帶動風機模型模塊(4)中的交流發電機(4-1)；

S500：交流發電機(4-1)連接模擬量/數字量轉換器，將交流發電機(4-1)發出的交流電轉化成數字信號通過USB傳送至仿真機(5)；

S600：通過傳感器與控制模塊中的速度傳感器和風速風向傳感器(2-3)，實時采集槳葉(3-2)末端速度、風速風向、迎風角度關鍵數據；

S700：利用仿真機(5)進行最終數據的導出與分析。