專利名稱：一種用于風(fēng)力發(fā)電電動(dòng)變槳距系統(tǒng)的硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)力發(fā)電電動(dòng)變槳距系統(tǒng)的硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)。
背景技術(shù)：
變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作為主流機(jī)型，其風(fēng)輪轉(zhuǎn)速可在比較寬的范圍內(nèi)隨風(fēng)速變化，能更有效地利用風(fēng)能，其優(yōu)點(diǎn)已得到風(fēng)力機(jī)生產(chǎn)廠家和研究機(jī)構(gòu)的普遍認(rèn)可。但僅通過(guò)發(fā)電機(jī)自身調(diào)節(jié)，很難有效減小由于風(fēng)速波動(dòng)引起的沖擊。尤其在額定風(fēng)速以上時(shí)，風(fēng)力機(jī)極有可能受到很大的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)沖擊。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組出現(xiàn)緊急情況時(shí)，變槳距系統(tǒng)可調(diào)節(jié)槳葉至90°位置，讓風(fēng)向與槳葉平行，使槳葉失去迎風(fēng)面而實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)剎車，從而實(shí)現(xiàn)安全停機(jī)的目的。由此可見(jiàn)，變槳距系統(tǒng)作為大型風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)的核心部件之一，變槳距系統(tǒng)通過(guò)改變安裝在風(fēng)力機(jī)輪轂上葉片的節(jié)距角，從而改變?nèi)~片的氣動(dòng)特性，使槳葉和整個(gè)風(fēng)電機(jī)組的受力狀況大為改善。有效地保證風(fēng)電機(jī)組在額定風(fēng)速以上安全、穩(wěn)定、高效地運(yùn)行。因此變槳距系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性測(cè)試是非常重要的環(huán)節(jié)。國(guó)內(nèi)在變槳距控制系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)方面的研究起步較晚。專利200810119118公開(kāi)了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中變槳軸承的測(cè)試平臺(tái)，主要應(yīng)用于對(duì)變槳軸承的工況進(jìn)行模擬。專利201020104046提出一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳控制系統(tǒng)的測(cè)試裝置，包括PC機(jī)、PLC模塊、配電柜和開(kāi)關(guān)電源。主要用于測(cè)試變槳PLC的通訊、變槳控制回路的控制算法，以及在接受到指令后，變槳電機(jī)、限位開(kāi)關(guān)、電池柜、編碼器及潤(rùn)滑泵等硬件是否能夠響應(yīng)指令，以達(dá)到檢測(cè)變槳控制系統(tǒng)性能的目的，未涉及對(duì)變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)的測(cè)試。專利201120199085提出一種風(fēng)電機(jī)組的變槳系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)，包括控制變槳系統(tǒng)的主控制器，人機(jī)交互模塊和供電模塊。主要測(cè)試變槳控制器和供電模式。未涉及變槳的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。從現(xiàn)有情況看，在理論上對(duì)變槳距控制算法驗(yàn)證的較多，而對(duì)實(shí)際變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行地面測(cè)試的較少。由于變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)在風(fēng)力機(jī)輪轂內(nèi)工作，并隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，條件非常嚴(yán)苛，因此對(duì)變槳距系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能及其可靠性進(jìn)行硬件在環(huán)的實(shí)時(shí)仿真測(cè)試很有必要，尤其是對(duì)變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)的測(cè)試。

發(fā)明內(nèi)容
由于現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提出一種用于風(fēng)力發(fā)電電動(dòng)變槳距系統(tǒng)的硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)，該測(cè)試平臺(tái)可有效測(cè)試風(fēng)速激勵(lì)下電動(dòng)變槳距系統(tǒng)的響應(yīng)特性，減低風(fēng)電機(jī)組變槳距系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)成本，大大縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間周期，提高測(cè)試效率。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種用于風(fēng)力發(fā)電電動(dòng)變槳距系統(tǒng)的硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)，包括包含有上位機(jī)和下位機(jī)的平臺(tái)主控制系統(tǒng)、包含多軸伺服驅(qū)動(dòng)器的負(fù)載模擬變頻器柜、負(fù)載電機(jī)及與上位機(jī)連接的人機(jī)交互模塊，平臺(tái)主控制系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)、變槳控制系統(tǒng)、氣動(dòng)力模塊、結(jié)構(gòu)動(dòng)力模塊、負(fù)載力矩模擬模塊，變槳控制系統(tǒng)與風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)間通過(guò)CAN總線實(shí)現(xiàn)通信。作為本發(fā)明的進(jìn)一步特征，所述變槳控制系統(tǒng)包括變槳控制器和變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括變槳電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器、不間斷電源、減速機(jī)構(gòu)，該變槳距控制器控制所述伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)所述變槳電機(jī)。作為本發(fā)明的進(jìn)一步特征，所述該平臺(tái)主控制系統(tǒng)與伺服驅(qū)動(dòng)器之間通過(guò)CAN總線和SSI信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。作為本發(fā)明的進(jìn)一步特征，所述負(fù)載模擬電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器連接變槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)。作為本發(fā)明的進(jìn)一步特征，所述聯(lián)軸器上設(shè)有扭矩傳感器，其將測(cè)到的信號(hào)傳遞到所述上位機(jī)由于采用以上技術(shù)方案，本發(fā)明的用于風(fēng)力發(fā)電電動(dòng)變槳距系統(tǒng)的硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)，主要優(yōu)勢(shì)有(I)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)同步開(kāi)發(fā)，縮短開(kāi)發(fā)周期；(2)可快速重復(fù)再現(xiàn)，系統(tǒng)地評(píng)價(jià)控制策略；(3)無(wú)損和安全的極限測(cè)試和破壞性試驗(yàn)；(4)開(kāi)放性平臺(tái)，具有可擴(kuò)展性。(5)降低開(kāi)發(fā)成本，提高變槳系統(tǒng)上機(jī)運(yùn)行的安全性與可靠性。(6)輔助變槳系統(tǒng)開(kāi)發(fā)完善變槳系統(tǒng)的功能，利用精確采樣設(shè)備和復(fù)雜數(shù)據(jù)分析設(shè)備，進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)和分析，對(duì)控制算法進(jìn)行優(yōu)化。


下面根據(jù)附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明圖I為本發(fā)明中風(fēng)力發(fā)電機(jī)電動(dòng)變槳控制系統(tǒng)的原理圖；圖2為本發(fā)明用于風(fēng)力發(fā)電電動(dòng)變槳距系統(tǒng)硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)的邏輯圖；圖3為本發(fā)明用于風(fēng)力發(fā)電電動(dòng)變槳距系統(tǒng)的硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)的各部件的連接關(guān)系;圖4為本發(fā)明用于風(fēng)力發(fā)電電動(dòng)變槳距系統(tǒng)的硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)的通訊方式圖。
具體實(shí)施例方式如圖3所示，本發(fā)明的一種用于風(fēng)力發(fā)電電動(dòng)變槳距系統(tǒng)的硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)，包括包含有上位機(jī)I和下位機(jī)2 (工業(yè)PC機(jī))的平臺(tái)主控制系統(tǒng)、包含多軸伺服驅(qū)動(dòng)器的負(fù)載模擬變頻器柜3、負(fù)載電機(jī)4及與上位機(jī)I連接的人機(jī)交互模塊，平臺(tái)主控制系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)5、變槳控制系統(tǒng)6、氣動(dòng)力模塊7、結(jié)構(gòu)動(dòng)力模塊8、負(fù)載力矩模擬模塊9。如圖I所示，變槳控制系統(tǒng)6包括變槳控制器和變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)10，變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)(即圖3中的變槳驅(qū)動(dòng)柜部分)包括變槳電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器、不間斷電源(圖中電池箱和充電器)、減速箱，該變槳距控制器控制伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)變槳電機(jī)，該平臺(tái)主控制系統(tǒng)與以上所述所有的伺服驅(qū)動(dòng)器之間通過(guò)CAN總線和SSI信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，變槳控制系統(tǒng)6與風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)5間通過(guò)CAN總線實(shí)現(xiàn)通信。圖2為本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電機(jī)電動(dòng)變槳距系統(tǒng)的硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)的邏輯圖，給出了平臺(tái)主控制系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)模塊之間的傳遞參數(shù)和邏輯關(guān)系風(fēng)力機(jī)實(shí)際運(yùn)行中，槳葉上受到的氣動(dòng)力總是在不斷變化中，為了能更真實(shí)模擬風(fēng)速擾動(dòng)時(shí)槳葉載荷的變化，在測(cè)試臺(tái)的平臺(tái)主控制系統(tǒng)上將運(yùn)行一個(gè)葉片的仿 真模型，通過(guò)模擬真實(shí)葉片受到的氣動(dòng)力矩、重力矩和摩擦力矩準(zhǔn)確計(jì)算變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)的負(fù)載力矩。氣動(dòng)力模塊7用來(lái)計(jì)算葉片的氣動(dòng)性能，并將將計(jì)算得到的葉片在不同位置的氣動(dòng)載荷傳遞給結(jié)構(gòu)動(dòng)力模塊8 ;結(jié)構(gòu)動(dòng)力模塊8考慮氣動(dòng)載荷的切變，以及重力載荷，計(jì)算葉片的結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性，一方面獲得揮舞及擺振頻率和振型，并傳遞給風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)5與變槳控制系統(tǒng)6，由風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)5和變槳控制系統(tǒng)6通過(guò)不同的策略計(jì)算出葉片的期望攻角和變槳速度，作為變槳指令下發(fā)給變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)10 ;另一方面計(jì)算變槳過(guò)程中產(chǎn)生的負(fù)載力矩，并傳遞給負(fù)載力矩模擬模塊9，由伺服電機(jī)為變槳執(zhí)行結(jié)構(gòu)10提供一個(gè)葉片真實(shí)運(yùn)行下的負(fù)載力矩。
圖3、4所示，本發(fā)明中，上位機(jī)I主要完成測(cè)試狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)測(cè)；下位機(jī)2完成測(cè)試過(guò)程中葉片仿真動(dòng)力學(xué)模型的運(yùn)行；計(jì)算得到的負(fù)載力矩通過(guò)SSI信號(hào)傳遞到負(fù)載驅(qū)動(dòng)柜(圖中的變槳驅(qū)動(dòng)柜和負(fù)載模擬變頻器柜3);伺服驅(qū)動(dòng)器通過(guò)接收的扭矩信號(hào)，驅(qū)動(dòng)負(fù)載電機(jī)直至給定的扭矩；負(fù)載電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器聯(lián)接變槳電機(jī)(形成電機(jī)對(duì)拖)，給變槳電機(jī)加載；聯(lián)軸器上裝有安全保護(hù)的扭矩傳感器，用來(lái)測(cè)試傳遞的扭矩，并上傳到上位機(jī)I進(jìn)行監(jiān)視。變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)與風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)5之間通過(guò)CAN總線實(shí)現(xiàn)通信，一方面接受變槳角度和速度的指令，一方面反饋當(dāng)前的槳距角和變槳速度。在本發(fā)明構(gòu)建的測(cè)試平臺(tái)中，無(wú)論變槳電機(jī)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)還是靜止于某一位置，均能通過(guò)調(diào)節(jié)負(fù)載電機(jī)給定轉(zhuǎn)矩的大小，讓變槳電機(jī)響應(yīng)其變化，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)速擾動(dòng)下的電動(dòng)變槳距系統(tǒng)的響應(yīng)。本發(fā)明提供了一種嶄新的用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳系統(tǒng)測(cè)試的硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，主要優(yōu)勢(shì)有(I)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)同步開(kāi)發(fā)，縮短開(kāi)發(fā)周期；(2)可快速重復(fù)再現(xiàn)，系統(tǒng)地評(píng)價(jià)控制策略；(3)無(wú)損和安全的極限測(cè)試和破壞性試驗(yàn)；(4)開(kāi)放性平臺(tái)，具有可擴(kuò)展性。(5)降低開(kāi)發(fā)成本，提高變槳系統(tǒng)上機(jī)運(yùn)行的安全性與可靠性。(6)輔助變槳系統(tǒng)開(kāi)發(fā)完善變槳系統(tǒng)的功能，利用精確采樣設(shè)備和復(fù)雜數(shù)據(jù)分析設(shè)備，進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)和分析，對(duì)控制算法進(jìn)行優(yōu)化。但是，上述的具體實(shí)施方式
只是示例性的，是為了更好的使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解本專利，不能理解為是對(duì)本專利包括范圍的限制；只要是根據(jù)本專利所揭示精神的所作的任何等同變更或修飾，均落入本專利包括的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于風(fēng)力發(fā)電電動(dòng)變槳距系統(tǒng)的硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)，其特征在于包括包含有上位機(jī)和下位機(jī)的平臺(tái)主控制系統(tǒng)、包含多軸伺服驅(qū)動(dòng)器的負(fù)載模擬變頻器柜、負(fù)載電機(jī)及與上位機(jī)連接的人機(jī)交互模塊，平臺(tái)主控制系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)、變槳控制系統(tǒng)、氣動(dòng)力模塊、結(jié)構(gòu)動(dòng)力模塊、負(fù)載力矩模擬模塊，變槳控制系統(tǒng)與風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)間通過(guò)CAN總線實(shí)現(xiàn)通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)，其特征在于所述變槳控制系統(tǒng)包括變槳控制器和變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括變槳電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器、不間斷電源、減速機(jī)構(gòu)，該變槳距控制器控制所述伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)所述變槳電機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)，其特征在于所述該平臺(tái)主控制系統(tǒng)與伺服驅(qū)動(dòng)器之間通過(guò)SSI信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)，其特征在于所述負(fù)載電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器連接變槳電機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)，其特征在于所述聯(lián)軸器上設(shè)有扭矩傳感器，其將測(cè)到的信號(hào)傳遞到所述上位機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種用于風(fēng)力發(fā)電電動(dòng)變槳距系統(tǒng)的硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)，包括包含有上位機(jī)和下位機(jī)的平臺(tái)主控制系統(tǒng)、包含多軸伺服驅(qū)動(dòng)器的負(fù)載模擬變頻器柜、負(fù)載電機(jī)及與上位機(jī)連接的人機(jī)交互模塊，平臺(tái)主控制系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)、變槳控制系統(tǒng)、氣動(dòng)力模塊、結(jié)構(gòu)動(dòng)力模塊、負(fù)載力矩模擬模塊，變槳控制系統(tǒng)與風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)間通過(guò)CAN總線實(shí)現(xiàn)通信。該測(cè)試平臺(tái)可有效測(cè)試風(fēng)速激勵(lì)下電動(dòng)變槳距系統(tǒng)的響應(yīng)特性，減低風(fēng)電機(jī)組變槳距系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)成本，大大縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間周期，提高測(cè)試效率。
文檔編號(hào)G05B23/02GK102621980SQ20121011627
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月19日
發(fā)明者張丹, 李玲蓮 申請(qǐng)人:上海卡魯自動(dòng)化科技有限公司