[發(fā)明專利]一種風電機組在環(huán)仿真系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111438163.4
• 申請日: 2021-11-30
• 公開（公告）號: CN114169197A
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發(fā)明（設計）人: 秦世耀;賈海坤;王瑞明;薛揚;付德義;張利;孫勇;王安慶;王文卓;龔利策;趙娜
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院有限公司;國家電網(wǎng)有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F113/06;G06F119/14;G06F119/04
• 代理公司: 北京安博達知識產(chǎn)權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

本發(fā)明涉及風力發(fā)電機組試驗檢測技術領域，具體提供了一種風電機組在環(huán)仿真系統(tǒng)及方法，包括：前處理模塊和載荷仿真與機艙在線測試模塊；所述前處理模塊，用于模擬風電機組的環(huán)境基礎參數(shù)；所述載荷仿真與機艙在線測試模塊，用于基于所述環(huán)境基礎參數(shù)模擬風電機組的動力學響應參數(shù)。本發(fā)明提供的技術方案實現(xiàn)了風電機組從最初設計、到試驗、到最終結果分析的一體化評估。

技術領域

本發(fā)明涉及風力發(fā)電機組試驗檢測技術領域，具體涉及一種風電機組在環(huán)仿真系統(tǒng)及方法。

背景技術

風電機組傳動鏈位于機艙中，傳動鏈主要由主軸、軸承、齒輪箱、發(fā)電機、變流器等部件構成，其對于整機性能的優(yōu)劣至關重要。隨著海上風電的發(fā)展，風電機組容量越來越大，整機的現(xiàn)場測試難度也隨之增加。在風電事故的統(tǒng)計中，傳動鏈及其齒輪箱、變流器等部件的故障發(fā)生率較高，對傳動鏈部件進行測試非常必要。由于海上環(huán)境惡劣，現(xiàn)場測試難以開展。對海上風電機組進行地面全尺寸測試已成為行業(yè)發(fā)展趨勢。機艙全尺寸地面試驗,又叫傳動鏈全尺寸地面試驗，可以快速有效地對新技術、新設計、新產(chǎn)品進行試驗、驗證和測試，及早發(fā)現(xiàn)設計問題及安全隱患，達到降低技術風險、減少產(chǎn)品開發(fā)費用、縮短研發(fā)周期等目的。

為了發(fā)展新一代的高可靠性的海上風電機組，縮短海上風電機組的研發(fā)周期，近年來，科研人員研發(fā)了多種風力發(fā)電機組整機仿真方面的技術，例如，申請?zhí)?02010663096.5的發(fā)明專利，公開了一種基于在線式聯(lián)合仿真的風電機組傳動鏈虛擬地面試驗方法，該方法首先建立風電機組傳動鏈地面試驗系統(tǒng)虛擬仿真模型，進一步建立包含風速模型、機組狀態(tài)及電網(wǎng)條件的單一或組合虛擬地面試驗工況，并在傳動鏈地面試驗系統(tǒng)虛擬模型相應位置進行工況輸入，最后進行傳動鏈虛擬地面試驗仿真分析，基于仿真結果對傳動鏈載荷特性與動態(tài)響應特性、以及試驗平臺模擬控制特性等進行分析評估。但其存在如下缺點：

1、該技術實際上完全是虛擬的仿真技術，不涉及試驗硬件，其原理、模型及算法過程與風電機組行業(yè)的模型、控制和仿真方法基本相同，所得結果均為仿真和計算結果，與風電機組設計過程產(chǎn)生的計算結果無明顯不同，其數(shù)據(jù)有效性不如真實試驗。傳動鏈地面試驗的目的是對風電機組傳動鏈在試驗臺上進行加載，驗證真實產(chǎn)品與設計方案的一致性，并對不一致的原因進行分析，從而對設計方案進行改進，達到最終優(yōu)化風電機組產(chǎn)品設計方案與制造技術的目的，該發(fā)明無法達到這一目的。

2、該方法實際上僅能應用于單一部件的動力學建模和求解，其坐標的建立和動力學的求解，均建立在部件質(zhì)心的坐標系上。傳動鏈系統(tǒng)實際上是一個多部件耦合的動力學系統(tǒng)，各部件之間有剛性連接、彈性連接、齒輪箱傳動等方式，該方法的模型無法表現(xiàn)各部件之間的相互作用關系。

3、該方法求解結果均為各部件的剛體運動，例如風輪氣動轉矩與發(fā)電機電磁轉矩作用下的主軸剛體轉動和發(fā)電機轉子轉動。風電機組傳動鏈六自由度加載試驗的目的，除了計算傳動鏈各部件的剛體運動之外，還考察傳動鏈關鍵部件本身的變形。

4、該方法實際上得到的是單只葉片根部載荷，沒有考慮葉片自重，沒有考慮葉片的氣動載荷分布引起的葉片變形。該技術只考慮了葉輪離心力在主軸上的作用，而葉輪離心力在主軸上的作用近似為零，意義不大。也沒有考慮葉片長度上離心力分布帶來的葉片變形。

再例如：申請?zhí)?02010662261.5的發(fā)明專利，公開了一種基于虛擬仿真的風電機組傳動鏈地面試驗工況建立方法，該方法首先進行被試風電機組載荷計算，并對傳動鏈上六自由度載荷進行提取和轉換。進一步的，建立傳動鏈地面試驗平臺剛柔耦合動力學模型，將提取和轉換后的傳動鏈六自由度載荷作為傳動鏈地面試驗平臺動力學模型的外部載荷輸入。最后，進行傳動鏈虛擬地面試驗仿真，基于仿真結果，分析不同外部載荷對傳動鏈系統(tǒng)及其關鍵部件動力學特性的影響機理，并以此建立地面試驗工況。其存在如下缺點：

1、該方法是完全的虛擬仿真計算方法，已經(jīng)在開始通過風電機組載荷計算得到了傳動鏈的載荷特性，又將載荷特性施加到地面試驗臺的動力學模型上，再次計算傳動鏈的載荷特性，沒有必要計算兩次。