專利名稱：一種風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的控制方法、控制裝置及風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的控制方法、控制裝置及風(fēng)輪模擬系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
風(fēng)能是一種清潔安全的可再生資源，風(fēng)力發(fā)電能夠保障能源安全，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，減輕環(huán)境污染，是新能源領(lǐng)域中技術(shù)最成熟、最具規(guī)模和發(fā)展前景的發(fā)電方式之一，對于實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的意義。風(fēng)力發(fā)電機組由輪轂、風(fēng)輪槳葉、齒輪箱、發(fā)電機、聯(lián)軸器等組成，風(fēng)輪槳葉用來利用風(fēng)力旋轉(zhuǎn)并通過發(fā)電機將旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)化為電能，發(fā)電機的轉(zhuǎn)子是永磁體或通過變流器勵磁產(chǎn)生磁場，定子繞組切割磁力線產(chǎn)生電能。隨著風(fēng)電機組裝機容量越來越大，故障率逐漸升高，風(fēng)力發(fā)電機組出廠前需要通過試驗平臺風(fēng)輪模擬系統(tǒng)模擬風(fēng)輪來驅(qū)動風(fēng)力發(fā)電機組進行試驗，減小故障。試驗平臺風(fēng)輪模擬系統(tǒng)包括驅(qū)動電動機、齒輪箱、萬向節(jié)聯(lián)
寸 O目前，試驗平臺風(fēng)輪模擬系統(tǒng)在對風(fēng)力發(fā)電機組進行測試過程中，主要采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制方案，以轉(zhuǎn)速為主要控制目標(biāo)，轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制方案的問題是試驗過程與風(fēng)力發(fā)電機組實際運行的情況不符，由于風(fēng)速是變化的，風(fēng)力發(fā)電機組吸收的能量也是變化的，所以風(fēng)力發(fā)電機組在實際運行的過程中轉(zhuǎn)速是有波動的，而采用閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制的方案，無論負(fù)載如何變化，轉(zhuǎn)速都是穩(wěn)定值，這樣就無法真實的模擬出風(fēng)力發(fā)電機組的實際運行情況。

針對轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制方案出現(xiàn)的問題，當(dāng)前還有一種轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制方案，是以轉(zhuǎn)矩為主要控制目標(biāo)，根據(jù)需要模擬的槳葉特性曲線和該風(fēng)力發(fā)電機組運行的風(fēng)況計算出風(fēng)輪輸出的機械轉(zhuǎn)矩，再根據(jù)齒輪箱轉(zhuǎn)速比將低速軸的機械轉(zhuǎn)矩折算到高速軸的機械轉(zhuǎn)矩，將此高速軸的機械轉(zhuǎn)矩作為目標(biāo)轉(zhuǎn)矩對驅(qū)動電動機進行轉(zhuǎn)矩控制。轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制方案所采用的控制目標(biāo)是轉(zhuǎn)矩，雖然這種方案比轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制方案更加接近風(fēng)力發(fā)電機組的實際運行情況。但是由于風(fēng)輪模擬系統(tǒng)中存在驅(qū)動電動機、齒輪箱和萬向節(jié)聯(lián)軸器等傳動鏈結(jié)構(gòu)，與被模擬風(fēng)力發(fā)電機組的轉(zhuǎn)動慣量不同，經(jīng)過相同的轉(zhuǎn)矩變化量后，驅(qū)動電動機與發(fā)電機的轉(zhuǎn)速變化是不相同的，因此在傳動過程中會存在轉(zhuǎn)矩?fù)p失，傳動鏈的動態(tài)特性與風(fēng)力發(fā)電機組實際的運行情況相差較大，只能對風(fēng)力發(fā)電機組的靜態(tài)特性進行驗證，無法真實地反應(yīng)出風(fēng)力發(fā)電機組傳動鏈的動態(tài)特性。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明提供一種風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的控制方法、控制裝置及風(fēng)輪模擬系統(tǒng)，以使試驗平臺風(fēng)輪模擬系統(tǒng)能夠真實地模擬風(fēng)輪的動態(tài)過程，使得測試準(zhǔn)確，同時實現(xiàn)簡單，控制精度高，可靠性強?；谏鲜瞿康模旧暾?zhí)峁┑募夹g(shù)方案如下:本申請?zhí)峁┮环N風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的控制方法，所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)用于通過模擬風(fēng)輪來驅(qū)動風(fēng)力發(fā)電機組進行測試，該方法包括:獲取所述風(fēng)力發(fā)電機組所處地點的空氣密度及風(fēng)速、所模擬風(fēng)輪的面積、槳葉尖速比和被模擬風(fēng)力發(fā)電機組的角速度，確定所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩；獲取所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩變化量、所述被模擬風(fēng)力發(fā)電機組的總轉(zhuǎn)動慣量、所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)與所述被模擬風(fēng)力發(fā)電機組中被所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)驅(qū)動部分的總轉(zhuǎn)動慣量，確定所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的補償轉(zhuǎn)矩；對所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的補償轉(zhuǎn)矩進行高速軸折算，生成驅(qū)動電動機的補償轉(zhuǎn)矩，結(jié)合測得的所述驅(qū)動電動機的實際輸出轉(zhuǎn)矩，生成所述驅(qū)動電動機的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，并將所述目標(biāo)轉(zhuǎn)矩向所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)中的變頻器發(fā)送，控制所述變頻器根據(jù)所述目標(biāo)轉(zhuǎn)矩對所述驅(qū)動電動機進行轉(zhuǎn)矩補償。優(yōu)選的，確定所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩，具體包括:確定所述風(fēng)力發(fā)電機組所處地點的空氣密度、所模擬風(fēng)輪的面積、槳葉尖速比、和所述風(fēng)力發(fā)電機組所處地點的風(fēng)速的三次方的乘積；將所述乘積與所述被模擬風(fēng)力發(fā)電機組的角速度做除法運算；將除法運算的結(jié)果除以2，得 到所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩。優(yōu)選的，獲取所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩變化量，具體包括:將不同風(fēng)速下得到的所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩做差值運算，得到所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩變化量。優(yōu)選的，確定所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的補償轉(zhuǎn)矩，具體包括:確定所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)與所述被模擬風(fēng)力發(fā)電機組中被所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)驅(qū)動部分的總轉(zhuǎn)動慣量與所述被模擬風(fēng)力發(fā)電機組的總轉(zhuǎn)動慣量的差值；將差值與所述被模擬風(fēng)力發(fā)電機組的總轉(zhuǎn)動慣量做除法運算；確定除法運算的結(jié)果與所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩變化量的乘積，得到所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的補償轉(zhuǎn)矩。優(yōu)選的，對所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的補償轉(zhuǎn)矩進行高速軸折算，具體包括:獲取所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)中齒輪箱兩端的低速軸與高速軸的轉(zhuǎn)速比；將所述轉(zhuǎn)速比與所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的補償轉(zhuǎn)矩進行乘法運算。優(yōu)選的，將所述目標(biāo)轉(zhuǎn)矩向所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)中的變頻器發(fā)送，控制所述變頻器根據(jù)所述目標(biāo)轉(zhuǎn)矩對所述驅(qū)動電動機進行轉(zhuǎn)矩補償，具體包括:將所述驅(qū)動電動機的補償轉(zhuǎn)矩等分成N份子補償轉(zhuǎn)矩，其中N為自然數(shù)；將N份所述子補償轉(zhuǎn)矩分N次向所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)中的變頻器發(fā)送；以所述驅(qū)動電動機的實際輸出轉(zhuǎn)矩為初始值，控制所述變頻器根據(jù)N份所述子補償轉(zhuǎn)矩對所述驅(qū)動電動機進行N次轉(zhuǎn)矩補償。本申請還提供一種風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的控制裝置，所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)用于通過模擬風(fēng)輪來驅(qū)動風(fēng)力發(fā)電機組進行測試，該裝置包括:第一傳感器，用于獲取所述風(fēng)力發(fā)電機組所處地點的空氣密度及風(fēng)速、所模擬風(fēng)輪的面積及槳葉尖速比；第二傳感器，用于獲取被模擬風(fēng)力發(fā)電機組的角速度；輸出轉(zhuǎn)矩變化量生成模塊，用于根據(jù)所述第一傳感器和所述第二傳感器的數(shù)據(jù)確定所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩，獲取所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩變化量；
轉(zhuǎn)動慣量生成模塊，用于獲取所述被模擬風(fēng)力發(fā)電機組的總轉(zhuǎn)動慣量、所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)與所述被模擬風(fēng)力發(fā)電機組中被所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)驅(qū)動部分的總轉(zhuǎn)動慣量；補償轉(zhuǎn)矩生成模塊，用于根據(jù)所述輸出轉(zhuǎn)矩變化量生成模塊和所述轉(zhuǎn)動慣量生成模塊的數(shù)據(jù)確定所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的補償轉(zhuǎn)矩，并對所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的補償轉(zhuǎn)矩進行高速軸折算，生成所述驅(qū)動電動機的補償轉(zhuǎn)矩；扭矩傳感器，用于測量所述驅(qū)動電動機的實際輸出轉(zhuǎn)矩；轉(zhuǎn)矩補償模塊，用于根據(jù)所述驅(qū)動電動機的補償轉(zhuǎn)矩和所述驅(qū)動電動機的實際輸出轉(zhuǎn)矩生成所述驅(qū)動電動機的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，并將所述目標(biāo)轉(zhuǎn)矩向所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)中的變頻器發(fā)送，控制所述變頻器根據(jù)所述目標(biāo)轉(zhuǎn)矩對所述驅(qū)動電動機進行轉(zhuǎn)矩補償。優(yōu)選的，該裝置還包括:轉(zhuǎn)速比獲取模塊，用于獲取所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)中齒輪箱兩端的低速軸與高速軸的轉(zhuǎn)速比，并將所述轉(zhuǎn)速比發(fā)送給所述補償轉(zhuǎn)矩生成模塊。優(yōu)選的，該裝置還包括:分配模塊， 用于將所述驅(qū)動電動機的補償轉(zhuǎn)矩等分成N份子補償轉(zhuǎn)矩，并將N份所述子補償轉(zhuǎn)矩向所述轉(zhuǎn)矩補償模塊發(fā)送，其中N為自然數(shù)。 本申請還提供一種風(fēng)輪模擬系統(tǒng)，用于通過模擬風(fēng)輪來驅(qū)動風(fēng)力發(fā)電機組進行測試，該風(fēng)輪模擬系統(tǒng)包括上述任意一項所述的控制裝置。應(yīng)用上述技術(shù)方案，本申請?zhí)峁┑囊环N風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的控制方法、控制裝置及風(fēng)輪模擬系統(tǒng)，根據(jù)所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩變化量、和被模擬風(fēng)力發(fā)電機組的總轉(zhuǎn)動慣量、風(fēng)輪模擬系統(tǒng)與被模擬風(fēng)力發(fā)電機組中被風(fēng)輪模擬系統(tǒng)驅(qū)動部分的總轉(zhuǎn)動慣量，確定風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的補償轉(zhuǎn)矩，進而通過對風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的補償轉(zhuǎn)矩進行高速軸折算生成驅(qū)動電動機的補償轉(zhuǎn)矩，結(jié)合測得的所述驅(qū)動電動機的實際輸出轉(zhuǎn)矩，生成所述驅(qū)動電動機的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，并將所述目標(biāo)轉(zhuǎn)矩向所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)中的變頻器發(fā)送，控制所述變頻器根據(jù)所述目標(biāo)轉(zhuǎn)矩對所述驅(qū)動電動機進行轉(zhuǎn)矩補償。可見本申請?zhí)峁┑姆桨甘菍︼L(fēng)力發(fā)電機組試驗平臺的風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的控制方法、控制裝置及風(fēng)輪模擬系統(tǒng)進行的改進，風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的控制裝置利用風(fēng)速信號、槳葉特性曲線和發(fā)電機轉(zhuǎn)速根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機組原理計算出所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩，再將所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩經(jīng)過轉(zhuǎn)動慣量補償和高速軸折算后，作為驅(qū)動電動機實際輸出轉(zhuǎn)矩基礎(chǔ)之上的補償轉(zhuǎn)矩對驅(qū)動電動機進行轉(zhuǎn)矩補償，這樣可以使轉(zhuǎn)動慣量不同的風(fēng)輪模擬系統(tǒng)與風(fēng)輪經(jīng)過兩種相同的轉(zhuǎn)矩變化時，會經(jīng)歷相同的轉(zhuǎn)速變化，相當(dāng)于對存在驅(qū)動電動機、齒輪箱和萬向節(jié)聯(lián)軸器等傳動鏈結(jié)構(gòu)的風(fēng)輪模擬系統(tǒng)施加了額外的轉(zhuǎn)矩，因此可以達(dá)到轉(zhuǎn)矩補償?shù)哪康?，保證風(fēng)輪和試驗平臺風(fēng)輪模擬系統(tǒng)在相同初始條件和相同的凈轉(zhuǎn)矩作用下，具有相同的動態(tài)響應(yīng)過程，因此可以真實地模擬出風(fēng)力發(fā)電機組的實際運行情況和模擬風(fēng)輪的動態(tài)特性，使得測試準(zhǔn)確，同時實現(xiàn)簡單，控制精度高，可靠性強。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本申請?zhí)峁┑囊环N風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的控制方法的流程圖；圖2為本申請?zhí)峁┑牧硪环N風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的控制方法的流程圖；圖3為本申請?zhí)峁┑挠忠环N風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的控制方法的流程圖；圖4為本申請?zhí)峁┑挠忠环N風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的控制方法的流程圖；圖5為本申請?zhí)峁┑挠忠环N風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的控制方法的流程圖；圖6為本申請?zhí)峁┑挠忠环N風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的控制方法的流程圖；圖7為本申請?zhí)峁┑囊环N風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本申請?zhí)峁┑牧硪环N風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本申請?zhí)峁┑挠忠环N風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為本申請?zhí)峁┑娘L(fēng)力發(fā)電機組及試驗平臺風(fēng)輪模擬系統(tǒng)布置及控制原理圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。本發(fā)明的主要思想之一可以包括:風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的控制器利用風(fēng)速信號、槳葉特性曲線和發(fā)電機轉(zhuǎn)速根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機組原理計算出所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩，再將所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩經(jīng)過轉(zhuǎn)動慣量補償和高速軸折算后，作為驅(qū)動電動機實際輸出轉(zhuǎn)矩基礎(chǔ)之上的補償轉(zhuǎn)矩對驅(qū)動電動機進行轉(zhuǎn)矩補償，這樣就可以保證風(fēng)輪和試驗平臺風(fēng)輪模擬系統(tǒng)在相同初始條件和相同的凈轉(zhuǎn)矩作用下，具有相同的動態(tài)響應(yīng)過程。實施例一:圖1為本申請?zhí)峁┑囊环N風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的控制方法的流程圖。參照圖1所示，本申請實施例提供的一種風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的控制方法，應(yīng)用于通過模擬風(fēng)輪來驅(qū)動風(fēng)力發(fā)電機組進行測試的風(fēng)輪模擬系統(tǒng)中，該方法包括:步驟SlOO:獲取風(fēng)力發(fā)電機組所處地點的空氣密度及風(fēng)速、所模擬風(fēng)輪的面積、槳葉尖速比和被模擬風(fēng)力發(fā)電機組的角速度，確定所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩；在本申請實施例中，這里的空氣密度可以通過現(xiàn)場傳感器采集，也可以通過測試預(yù)先輸入；風(fēng)速可以通過現(xiàn)場傳感器采集的隨時間變化的風(fēng)速曲線得到，也可以通過讀取根據(jù)測試需要模擬生成的其它不同類型的風(fēng)況曲線得到；所模擬風(fēng)輪的面積與該風(fēng)輪的直徑有關(guān)，可以通過圓面積公式計算得到并預(yù)先輸入系統(tǒng)中；槳葉尖速比可以根據(jù)真實的槳葉或者是虛擬的槳葉特性曲線得到并驗證。需要說明的是，在本申請實施例中，被模擬風(fēng)力發(fā)電機組的角速度可以通過角速度傳感器采集，也可以通過設(shè)置在發(fā)電機軸上面的編碼器采集，但由于傳動鏈存在齒輪箱，所以驅(qū)動電動機與發(fā)電機的轉(zhuǎn)速并不完全相同，因此不能由驅(qū)動電動機的轉(zhuǎn)速替代。另外，這里的根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機組所處地點的空氣密度及風(fēng)速、所模擬風(fēng)輪的面積、槳葉尖速比和被模擬風(fēng)力發(fā)電機組的角速度，確定所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩的方法，可以通過風(fēng)力發(fā)電機組原理得到，也可以通過其他物理原理推導(dǎo)得到，此處不做贅述。步驟S200:獲取所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩變化量、被模擬風(fēng)力發(fā)電機組的總轉(zhuǎn)動慣量、風(fēng)輪模擬系統(tǒng)與被模擬風(fēng)力發(fā)電機組中被風(fēng)輪模擬系統(tǒng)驅(qū)動部分的總轉(zhuǎn)動慣量，確定風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的補償轉(zhuǎn)矩；本申請實施例提供的轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制方法，對驅(qū)動電動機進行轉(zhuǎn)矩補償，可采用分段補償?shù)姆椒?，根?jù)任何一段時間內(nèi)，起始和終止時間風(fēng)速對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩差值來得出這段時間內(nèi)的轉(zhuǎn)矩變化量。本申請實施例提供的轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制方法可以利用高采樣率高精度的扭矩傳感器每隔一段時間采集和測量驅(qū)動電動機的輸出轉(zhuǎn)矩并發(fā)送給控制器，對風(fēng)力發(fā)電機組進行分段補償，高采樣率高精度的扭矩傳感器能夠可靠地完成轉(zhuǎn)矩的采集工作，采集率可以達(dá)到5kHz，可以使得控制準(zhǔn)確性高，反應(yīng)速度快，完全可以模擬風(fēng)力發(fā)電機組在各種工況下的運行。在本申請實施例中，被模擬風(fēng)力發(fā)電機組的總轉(zhuǎn)動慣量包括輪轂、槳葉、齒輪箱、發(fā)電機和聯(lián)軸器等所有旋轉(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)動慣量總和；風(fēng)輪模擬系統(tǒng)與被模擬風(fēng)力發(fā)電機組中被風(fēng)輪模擬系統(tǒng)驅(qū)動部分的總轉(zhuǎn)動慣量包括驅(qū)動電動機、驅(qū)動齒輪箱、萬向節(jié)聯(lián) 軸器和被模擬風(fēng)力發(fā)電機組中被風(fēng)輪模擬系統(tǒng)驅(qū)動部分的試驗平臺所有旋轉(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)動慣量總和。在現(xiàn)有技術(shù)中，通常將步驟SlOO中確定的所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩作為驅(qū)動電動機的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，然后測量得到風(fēng)輪模擬系統(tǒng)中的驅(qū)動電動機的實際輸出轉(zhuǎn)矩，由控制器將目標(biāo)轉(zhuǎn)矩通過有線連接或其它通訊方式發(fā)送給風(fēng)輪模擬系統(tǒng)中的變頻器，控制變頻器根據(jù)該目標(biāo)轉(zhuǎn)矩通過轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制方式對驅(qū)動端驅(qū)動電動機的實際輸出轉(zhuǎn)矩進行調(diào)節(jié)。而該目標(biāo)轉(zhuǎn)矩并沒有考慮傳動鏈的動態(tài)特性，由于現(xiàn)有的風(fēng)輪模擬系統(tǒng)中存在齒輪箱和萬向節(jié)聯(lián)軸器等傳動鏈結(jié)構(gòu)，因此風(fēng)輪模擬系統(tǒng)與真實的風(fēng)輪之間存在轉(zhuǎn)動慣量的不同，經(jīng)過相同的轉(zhuǎn)矩變化量后，驅(qū)動電動機與發(fā)電機的轉(zhuǎn)速變化是不相同的，因此在傳動過程中會存在轉(zhuǎn)矩?fù)p失，傳動鏈的動態(tài)特性與風(fēng)力發(fā)電機組實際的運行情況相差較大，現(xiàn)有的風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的控制方法將所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩作為驅(qū)動電動機的固定目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，只能對風(fēng)力發(fā)電機組的靜態(tài)特性進行驗證，無法真實地反應(yīng)出風(fēng)力發(fā)電機組傳動鏈的動態(tài)特性。在本申請實施例中，為了真實地模擬出風(fēng)力發(fā)電機組的實際運行情況和被模擬風(fēng)輪的動態(tài)特性，風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的控制器利用風(fēng)速信號、槳葉特性曲線和發(fā)電機轉(zhuǎn)速根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機組原理計算出所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩，獲取所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩變化量，然后將輸出轉(zhuǎn)矩變化量經(jīng)過轉(zhuǎn)動慣量補償和轉(zhuǎn)速折算后，作為風(fēng)輪模擬系統(tǒng)驅(qū)動電動機實際輸出轉(zhuǎn)矩基礎(chǔ)之上的補償轉(zhuǎn)矩，對驅(qū)動電動機進行轉(zhuǎn)矩補償，在這里，輸出轉(zhuǎn)矩變化可以是由風(fēng)速變化引起的。這樣可以使轉(zhuǎn)動慣量不同的風(fēng)輪模擬系統(tǒng)與風(fēng)輪經(jīng)過兩種相同的轉(zhuǎn)矩變化時，會經(jīng)歷相同的轉(zhuǎn)速變化，相當(dāng)于對存在驅(qū)動電動機、齒輪箱和萬向節(jié)聯(lián)軸器等傳動鏈結(jié)構(gòu)的風(fēng)輪模擬系統(tǒng)施加了額外的轉(zhuǎn)矩，因此可以達(dá)到轉(zhuǎn)矩補償?shù)哪康?，保證風(fēng)輪和試驗平臺風(fēng)輪模擬系統(tǒng)在相同初始條件和相同的凈轉(zhuǎn)矩作用下，具有相同的動態(tài)響應(yīng)過程，因此可以真實地模擬出風(fēng)力發(fā)電機組的實際運行情況和模擬風(fēng)輪的動態(tài)特性，使得測試準(zhǔn)確，同時實現(xiàn)簡單，控制精度高，可靠性強。
步驟S300:對風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的補償轉(zhuǎn)矩進行高速軸折算，生成驅(qū)動電動機的補償轉(zhuǎn)矩，結(jié)合測得的驅(qū)動電動機的實際輸出轉(zhuǎn)矩，生成驅(qū)動電動機的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，并將目標(biāo)轉(zhuǎn)矩向風(fēng)輪模擬系統(tǒng)中的變頻器發(fā)送，控制變頻器根據(jù)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩對驅(qū)動電動機進行轉(zhuǎn)矩補償。在本申請實施例中，由于風(fēng)輪模擬系統(tǒng)中存在齒輪箱，齒輪箱高速軸與低速軸的角速度存在一定的比例關(guān)系，所以風(fēng)輪模擬系統(tǒng)通過齒輪箱輸出的轉(zhuǎn)矩變化量與驅(qū)動電動機輸出的轉(zhuǎn)矩變化量也存在比例關(guān)系，因此需要將風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的補償轉(zhuǎn)矩進行高速軸轉(zhuǎn)換，才能進行轉(zhuǎn)矩補償。應(yīng)用本實施例的技術(shù)方案，本申請實施例提供的一種風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的控制方法，根據(jù)所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩變化量、和被模擬風(fēng)力發(fā)電機組的總轉(zhuǎn)動慣量、風(fēng)輪模擬系統(tǒng)與被模擬風(fēng)力發(fā)電機組中被風(fēng)輪模擬系統(tǒng)驅(qū)動部分的總轉(zhuǎn)動慣量，確定風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的補償轉(zhuǎn)矩，進而通過對風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的補償轉(zhuǎn)矩進行高速軸折算生成驅(qū)動電動機的補償轉(zhuǎn)矩，結(jié)合測得的所述驅(qū)動電動機的實際輸出轉(zhuǎn)矩，生成所述驅(qū)動電動機的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，并將所述目標(biāo)轉(zhuǎn)矩向所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)中的變頻器發(fā)送，控制所述變頻器根據(jù)所述目標(biāo)轉(zhuǎn)矩對所述驅(qū)動電動機進行轉(zhuǎn)矩補償。可見本申請實施例提供的方案是對風(fēng)力發(fā)電機組試驗平臺的風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的控制方法進行的改進，風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的控制器利用風(fēng)速信號、槳葉特性曲線和發(fā)電機轉(zhuǎn)速根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機組原理計算出所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩，再將所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩經(jīng)過轉(zhuǎn)動慣量補償和高速軸折算后，作為驅(qū)動電動機實際輸出轉(zhuǎn)矩基礎(chǔ)之上的補償轉(zhuǎn)矩對驅(qū)動電動機進行轉(zhuǎn)矩補償，這樣可以使轉(zhuǎn)動慣量不同的風(fēng)輪模擬系統(tǒng)與風(fēng)輪經(jīng)過兩種相同的轉(zhuǎn)矩變化時，會經(jīng)歷相同的轉(zhuǎn)速變化，相當(dāng)于對存在驅(qū)動電動機、齒輪箱和萬向節(jié)聯(lián)軸器等傳動鏈結(jié)構(gòu)的風(fēng)輪模擬系統(tǒng)施加了額外的轉(zhuǎn)矩，因此可以達(dá)到轉(zhuǎn)矩補償?shù)哪康模ＷC風(fēng)輪和試驗平臺風(fēng)輪模擬系統(tǒng)在相同初始條件和相同的凈轉(zhuǎn)矩作用下，具有相同的動態(tài)響應(yīng)過程，因此可以真實地模擬出風(fēng)力發(fā)電機組的實際運行情況和模擬風(fēng)輪的動態(tài)特性，使得測試準(zhǔn)確，同時實現(xiàn)簡單，控制精度高，可靠性強。實施例二:圖2為本申請?zhí)峁┑牧硪环N風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的控制方法的流程圖。參照圖2所示，本申請實施例提供的另一種風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的控制方法，應(yīng)用于通過模擬風(fēng)輪來驅(qū)動風(fēng)力發(fā)電機組進行測試的風(fēng)輪模擬系統(tǒng)中，該方法包括:步驟SlOO:獲取風(fēng)力發(fā)電機組所處地點的空氣密度及風(fēng)速、所模擬風(fēng)輪的面積、槳葉尖速比和被模擬風(fēng)力發(fā)電機組的角速度，確定所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩；其中，確定所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩，具體包括如下步驟:步驟SlOl:確定風(fēng)力發(fā)電機組所處地點的空氣密度、所模擬風(fēng)輪的面積、槳葉尖速比、和風(fēng)力發(fā)電機組所處地點的風(fēng)速的三次方的乘積；步驟S102:將乘積與被模擬風(fēng)力發(fā)電機組的角速度做除法運算；步驟S103:將除法運算的結(jié)果除以2，得到所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩。下面將通過風(fēng)力發(fā)電機組原理的推導(dǎo)公式對上述步驟予以闡述:根據(jù)公式①與②:
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的控制方法，所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)用于通過模擬風(fēng)輪來驅(qū)動風(fēng)力發(fā)電機組進行測試，其特征在于，該方法包括: 獲取所述風(fēng)力發(fā)電機組所處地點的空氣密度及風(fēng)速、所模擬風(fēng)輪的面積、槳葉尖速比和被模擬風(fēng)力發(fā)電機組的角速度，確定所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩； 獲取所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩變化量、所述被模擬風(fēng)力發(fā)電機組的總轉(zhuǎn)動慣量、所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)與所述被模擬風(fēng)力發(fā)電機組中被所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)驅(qū)動部分的總轉(zhuǎn)動慣量，確定所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的補償轉(zhuǎn)矩； 對所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的補償轉(zhuǎn)矩進行高速軸折算，生成驅(qū)動電動機的補償轉(zhuǎn)矩，結(jié)合測得的所述驅(qū)動電動機的實際輸出轉(zhuǎn)矩，生成所述驅(qū)動電動機的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，并將所述目標(biāo)轉(zhuǎn)矩向所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)中的變頻器發(fā)送，控制所述變頻器根據(jù)所述目標(biāo)轉(zhuǎn)矩對所述驅(qū)動電動機進行轉(zhuǎn)矩補償。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，確定所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩，具體包括: 確定所述風(fēng)力發(fā)電機組所處地點的空氣密度、所模擬風(fēng)輪的面積、槳葉尖速比、和所述風(fēng)力發(fā)電機組所處地點的風(fēng)速的三次方的乘積； 將所述乘積與所述被模擬風(fēng)力發(fā)電機組的角速度做除法運算； 將除法運算的結(jié)果除以2，得到所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，獲取所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩變化量，具體包括:將不同風(fēng)速下得到的所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩做差值運算，得到所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩變化量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，確定所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的補償轉(zhuǎn)矩，具體包括: 確定所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)與所述被模擬風(fēng)力發(fā)電機組中被所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)驅(qū)動部分的總轉(zhuǎn)動慣量與所述被模擬風(fēng)力發(fā)電機組的總轉(zhuǎn)動慣量的差值； 將差值與所述被模擬風(fēng)力發(fā)電機組的總轉(zhuǎn)動慣量做除法運算； 確定除法運算的結(jié)果與所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩變化量的乘積，得到所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的補償轉(zhuǎn)矩。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，對所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的補償轉(zhuǎn)矩進行高速軸折算，具體包括: 獲取所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)中齒輪箱兩端的低速軸與高速軸的轉(zhuǎn)速比； 將所述轉(zhuǎn)速比與所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的補償轉(zhuǎn)矩進行乘法運算。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，將所述目標(biāo)轉(zhuǎn)矩向所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)中的變頻器發(fā)送，控制所述變頻器根據(jù)所述目標(biāo)轉(zhuǎn)矩對所述驅(qū)動電動機進行轉(zhuǎn)矩補償，具體包括: 將所述驅(qū)動電動機的補償轉(zhuǎn)矩等分成N份子補償轉(zhuǎn)矩，其中N為自然數(shù)； 將N份所述子補償轉(zhuǎn)矩分N次向所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)中的變頻器發(fā)送； 以所述驅(qū)動電動機的實際輸出轉(zhuǎn)矩為初始值，控制所述變頻器根據(jù)N份所述子補償轉(zhuǎn)矩對所述驅(qū)動電動機進行N次轉(zhuǎn)矩補償。
7.一種風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的控制裝置，所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)用于通過模擬風(fēng)輪來驅(qū)動風(fēng)力發(fā)電機組進行測試，其特征在于，該裝置包括: 第一傳感器，用于獲取所述風(fēng)力發(fā)電機組所處地點的空氣密度及風(fēng)速、所模擬風(fēng)輪的面積及槳葉尖速比； 第二傳感器，用于獲取被模擬風(fēng)力發(fā)電機組的角速度； 輸出轉(zhuǎn)矩變化量生成模塊，用于根據(jù)所述第一傳感器和所述第二傳感器的數(shù)據(jù)確定所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩，獲取所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩變化量； 轉(zhuǎn)動慣量生成模塊，用于獲取所述被模擬風(fēng)力發(fā)電機組的總轉(zhuǎn)動慣量、所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)與所述被模擬風(fēng)力發(fā)電機組中被所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)驅(qū)動部分的總轉(zhuǎn)動慣量； 補償轉(zhuǎn)矩生成模塊，用于根據(jù)所述輸出轉(zhuǎn)矩變化量生成模塊和所述轉(zhuǎn)動慣量生成模塊的數(shù)據(jù)確定所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的補償轉(zhuǎn)矩，并對所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的補償轉(zhuǎn)矩進行高速軸折算，生成所述驅(qū)動電動機的補償轉(zhuǎn)矩； 扭矩傳感器，用于測量所述驅(qū)動電動機的實際輸出轉(zhuǎn)矩； 轉(zhuǎn)矩補償模塊，用于根據(jù)所述驅(qū)動電動機的補償轉(zhuǎn)矩和所述驅(qū)動電動機的實際輸出轉(zhuǎn)矩生成所述驅(qū)動電動機的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，并將所述目標(biāo)轉(zhuǎn)矩向所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)中的變頻器發(fā)送，控制所述變頻器根據(jù)所述目標(biāo)轉(zhuǎn)矩對所述驅(qū)動電動機進行轉(zhuǎn)矩補償。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制裝置，其特征在于，該裝置還包括: 轉(zhuǎn)速比獲取模塊，用于獲取所述風(fēng)輪模擬系統(tǒng)中齒輪箱兩端的低速軸與高速軸的轉(zhuǎn)速t匕，并將所述轉(zhuǎn)速比發(fā)送給所述補償轉(zhuǎn)矩生成模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制裝置，其特征在于，該裝置還包括: 分配模塊，用于將所述驅(qū)動電動機的補償轉(zhuǎn)矩等分成N份子補償轉(zhuǎn)矩，并將N份所述子補償轉(zhuǎn)矩向所述轉(zhuǎn)矩補償模塊發(fā)送，其中N為自然數(shù)。
10.一種風(fēng)輪模擬系統(tǒng)，用于通過模擬風(fēng)輪來驅(qū)動風(fēng)力發(fā)電機組進行測試，其特征在于，包括如權(quán)利要求7-9中任意一項所述的控制裝置。
全文摘要
本申請公開了一種風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的控制方法、控制裝置及風(fēng)輪模擬系統(tǒng)，包括獲取空氣密度及風(fēng)速、風(fēng)輪的面積、槳葉尖速比和風(fēng)力發(fā)電機組的角速度，確定所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩；獲取所模擬風(fēng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩變化量、被模擬風(fēng)力發(fā)電機組的總轉(zhuǎn)動慣量、風(fēng)輪模擬系統(tǒng)與被模擬風(fēng)力發(fā)電機組中被風(fēng)輪模擬系統(tǒng)驅(qū)動部分的總轉(zhuǎn)動慣量，確定風(fēng)輪模擬系統(tǒng)的補償轉(zhuǎn)矩；對補償轉(zhuǎn)矩進行高速軸折算，結(jié)合測得的驅(qū)動電動機的實際輸出轉(zhuǎn)矩，生成驅(qū)動電動機的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，對驅(qū)動電動機進行轉(zhuǎn)矩補償。可以保證被模擬風(fēng)輪和風(fēng)輪模擬系統(tǒng)在相同初始條件和相同凈轉(zhuǎn)矩作用下具有相同的動態(tài)響應(yīng)，真實模擬出風(fēng)力發(fā)電機組的實際運行情況和風(fēng)輪的動態(tài)特性，使測試準(zhǔn)確。
文檔編號G05D17/02GK103226365SQ20131007084
公開日2013年7月31日 申請日期2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月6日
發(fā)明者周浩, 應(yīng)有, 許國東 申請人:浙江運達(dá)風(fēng)電股份有限公司