數(shù)據(jù)流。D1為Windows計(jì)算機(jī)與通信PLC之 間的通信通道，為基于TCP/IP的雙向數(shù)據(jù)通信。其中由Bladed流向通信PLC的變量包括：1. 風(fēng)速信號(hào)；2.偏航誤差;3.發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào);4.發(fā)電機(jī)功率信號(hào)；5.槳葉1的變槳負(fù)載力矩； 6.槳葉2的變槳負(fù)載力矩；7.槳葉3的變槳負(fù)載力矩;8.機(jī)艙軸線與正北方向夾角。由通信 PLC流向Bladed的變量主要包括：1.槳葉1的槳距角；2.槳葉2的槳距角；3.槳葉3的槳距角； 4.發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩;5.偏航作動(dòng)器轉(zhuǎn)矩。
[0058] D2是由RTDS流向通信PLC的模擬通信變量，包括：1.槳葉1的槳距角；2.槳葉2的槳 距角;3.槳葉3的槳距角;4.發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩;5.偏航作動(dòng)器轉(zhuǎn)矩。
[0059] D3是由通信PLC流向RTDS的模擬通信變量，包括：1.風(fēng)速信號(hào)；2.偏航誤差;3.發(fā)電 機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào);4.發(fā)電機(jī)功率信號(hào);5.槳葉1的變槳負(fù)載力矩;6.槳葉2的變槳負(fù)載力矩;7.槳 葉3的變槳負(fù)載力矩;8.機(jī)艙軸線與正北方向夾角。
[0000]電氣部分模型包括發(fā)電機(jī)（以轉(zhuǎn)速作為外輸入）、變流器(含crowbar和chopper保 護(hù)電路）、變流器控制單元、機(jī)組升壓變(箱變）、線路、風(fēng)場(chǎng)升壓變、故障模擬電路、電網(wǎng)。其 中，電氣部分模型包含以下特征：1.發(fā)電機(jī)和變流器拓?fù)涓鶕?jù)機(jī)組類型選取。如雙饋機(jī)組可 選取繞線式異步電機(jī)和背靠背PWM變流器，圖1中以雙饋機(jī)組作為示例;永磁直驅(qū)機(jī)組發(fā)電 機(jī)可選取永磁同步電機(jī)，變流器既可采用背靠背PWM變流器，也可以采用不控整流+直流升 壓Boost+PWM變流器。2.故障模擬電路位于升壓變低壓母線上，用于模擬故障發(fā)生進(jìn)行低電 壓穿越測(cè)試。3.發(fā)電機(jī)、變流器、網(wǎng)側(cè)濾波器及機(jī)組升壓變建立在小步長(zhǎng)(步長(zhǎng)2微秒)模型 中，線路、風(fēng)場(chǎng)升壓變、故障模擬電路、電網(wǎng)建立在大步長(zhǎng)(步長(zhǎng)50微秒)模型中。
[0061] 實(shí)際風(fēng)機(jī)主控單元主要有以下職能：1.控制機(jī)組的啟動(dòng)、并網(wǎng)、停機(jī);2.機(jī)組的偏 航對(duì)風(fēng)及解纜控制；3 .按上級(jí)功率指令方式或機(jī)組最大功率跟蹤方式，分別為變流器和變 槳系統(tǒng)發(fā)送功率指令(包括有功、無功)和槳距角指令，控制機(jī)組變速變槳運(yùn)行;4.機(jī)組監(jiān)測(cè) 與保護(hù);5.機(jī)組故障診斷與智能維護(hù)。本發(fā)明中的風(fēng)機(jī)主控單元接收GTAI輸入的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn) 速、電功率及偏航誤差信號(hào)，通過主控算法為變流器控制單元提供轉(zhuǎn)矩及無功指令，為變槳 系統(tǒng)提供槳距角指令，為偏航系統(tǒng)提供偏航指令。特別的，對(duì)于獨(dú)立變槳系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)主控單 元提供各個(gè)槳葉獨(dú)立的槳距角指令。
[0062] 完整的偏航系統(tǒng)包括偏航控制單元、偏航電機(jī)及變頻器主電路、偏航執(zhí)行機(jī)構(gòu)。本 發(fā)明中偏航控制單元、偏航電機(jī)及變頻器主電路建立在RTDS中，統(tǒng)稱為偏航系統(tǒng)電氣及控 制部分模型;偏航執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分建立在Bladed中，稱之為偏航系統(tǒng)模型Bladed部分。
[0063]以下首先介紹RTDS中偏航系統(tǒng)模型部分。偏航電動(dòng)機(jī)既可以采用直流電機(jī)也可采 用交流電機(jī)，交流電機(jī)既可以采用異步電動(dòng)機(jī)也可以采用同步電動(dòng)機(jī)，不同的電動(dòng)機(jī)僅在 偏航控制單元采用的控制算法略有不同，且不論選擇何種電動(dòng)機(jī)均有成熟的控制算法。以 下以永磁同步電動(dòng)機(jī)為例進(jìn)行說明，如圖2所示。
[0064]偏航電機(jī)及變頻器主電路包括永磁同步電動(dòng)機(jī)、偏航逆變主電路和三相不控整流 橋組成，機(jī)組升壓變輸出的三相690V交流電首先經(jīng)過690/400V變壓器變壓，經(jīng)三相不控整 流橋整流后作為偏航逆變主電路直流側(cè)（如果偏航電機(jī)為低壓電機(jī)，則需要在不控整流后 增加直流斬波降壓電路，以直流斬波降壓電路輸出作為偏航逆變主電路的直流側(cè)）。RTDS中 的偏航電動(dòng)機(jī)以機(jī)械轉(zhuǎn)速作為輸入，其機(jī)械轉(zhuǎn)速通過以下方式間接獲得，首先RTDS接收 GTAI輸入的機(jī)艙與正北方向的夾角信號(hào)，該信號(hào)的完整通信路徑為Bladed-硬件測(cè)試模塊 -通信PLC-GTAI。實(shí)測(cè)機(jī)艙與正北方向的夾角求微分后乘以偏航變速裝置的變比Ngby得到 偏航電機(jī)轉(zhuǎn)速，該轉(zhuǎn)速作為偏航電機(jī)的轉(zhuǎn)速輸入。
[0065]偏航控制單元基于矢量控制進(jìn)行控制。矢量控制中，靜止坐標(biāo)系與旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系之 間坐標(biāo)變換角度Θ根據(jù)永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子位置得到，并將d軸定位于轉(zhuǎn)子永磁體的磁鏈方向上， 且規(guī)定q軸超前d軸90度。圖2中采用id/ = 0的矢量控制，id/與實(shí)測(cè)電流轉(zhuǎn)矩分量idy的偏差 經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器后輸出電壓d軸分量參考值。
[0066]偏航控制單元接收風(fēng)機(jī)主控單元輸出的偏航指令，偏航指令通過PI調(diào)節(jié)器得到偏 航速率指令，偏航速率指令與實(shí)測(cè)偏航速率的偏差經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器輸出電流轉(zhuǎn)矩分量參考值 與實(shí)測(cè)電流轉(zhuǎn)矩分量iqy的偏差經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器后輸出電壓q軸分量參考值。
[0067]電壓d、q軸分量參考值經(jīng)過坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)逆變換后得到靜止坐標(biāo)系下的三相電壓參考 值，該電壓參考值經(jīng)過電壓空間矢量脈寬調(diào)制產(chǎn)生偏航逆變主電路所需的PWM脈沖。在控制 系統(tǒng)作用下偏航電機(jī)將產(chǎn)生一個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩，記該電磁轉(zhuǎn)矩為Tey。
[0068] 偏航系統(tǒng)模型Bladed部分內(nèi)置于Bladed中，并提供了與RTDS部分構(gòu)建閉環(huán)偏航系 統(tǒng)的接口，該部分可直接供用戶使用。該部分不作為本專利的
【發(fā)明內(nèi)容】
，但對(duì)其作如下說明 以便于理解。偏航系統(tǒng)模型Bladed部分接收來自RTDS的偏航電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩T ey，并以Tey作為 偏航執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)力力矩。風(fēng)電機(jī)組的實(shí)際偏航響應(yīng)建立在偏航執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)力力矩和負(fù)載 力矩共同作用的關(guān)于機(jī)艙偏航軸線轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程上，其中偏航執(zhí)行機(jī)構(gòu)的負(fù)載力 矩主要包括兩部分，一部分是Bladed自身氣動(dòng)模型實(shí)時(shí)仿真得到的機(jī)艙偏航力矩，另一部 分是偏航執(zhí)行機(jī)構(gòu)的摩擦力矩，兩部分負(fù)載力矩均由Bladed軟件內(nèi)部提供。
[0069] 完整的變槳系統(tǒng)包括變槳控制單元、變槳電機(jī)及變頻器主電路、變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)。本 發(fā)明中上述部分均建立在RTDS中，但變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的變槳負(fù)載力矩由Bladed提供。
[0070] 需要說明的是，根據(jù)主流機(jī)組采用的變槳方案，變槳系統(tǒng)可分為統(tǒng)一變槳系統(tǒng)和 獨(dú)立變槳系統(tǒng)。統(tǒng)一變槳系統(tǒng)三個(gè)槳葉共用一套變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)，此時(shí)的變槳負(fù)載為3個(gè)槳葉 的變槳負(fù)載力矩之和;獨(dú)立變槳系統(tǒng)各個(gè)槳葉由獨(dú)立的變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。圖1中以統(tǒng)一變 槳系統(tǒng)作為示意圖?？紤]到主流機(jī)組發(fā)展趨勢(shì)，本發(fā)明以下部分以獨(dú)立變槳系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)， 如圖3所示。另外電動(dòng)變槳既可選取直流電機(jī)，也可選取永磁同步電動(dòng)機(jī)或異步電動(dòng)機(jī)，本 發(fā)明以永磁同步電機(jī)為例進(jìn)行說明，選取不同電機(jī)僅在變槳控制單元采用的控制算法略有 不同，針對(duì)這些電動(dòng)機(jī)目前已有成熟的驅(qū)動(dòng)控制算法。
[0071] 在一實(shí)施方式中，變槳電機(jī)及變頻器主電路包括永磁同步電動(dòng)機(jī)、變槳逆變主電 路和三相不控整流橋組成。機(jī)組升壓變輸出的三相690V交流電首先經(jīng)過690/400V變壓器變 壓，經(jīng)三相不控整流橋整流后作為變槳逆變主電路直流側(cè)(如果變槳電機(jī)為低壓電機(jī)，則需 要在不控整流后增加直流斬波降壓電路，以直流斬波降壓電路輸出作為變槳逆變主電路的 直流側(cè)）。變槳電機(jī)以機(jī)械轉(zhuǎn)矩作為輸入，變槳控制單元采用矢量控制方案。變槳控制單元 接收來自主控制器的變槳指令，對(duì)于圖3所示獨(dú)立變槳系統(tǒng)，主控制器提供3個(gè)變槳指令信 號(hào)，由于各個(gè)槳葉獨(dú)立執(zhí)行，因此僅以其中一個(gè)槳葉進(jìn)行介紹。記槳葉1的槳距角指令為扮％ β，與實(shí)測(cè)槳葉1的槳距角βι的偏差經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器輸出變槳速率指令，變槳速率指令與實(shí)測(cè) 變槳速率的偏差經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器輸出電流轉(zhuǎn)矩分量參考值i qP，。
[0072] 矢量控制中，靜止坐標(biāo)系與旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系之間坐標(biāo)變換角度Θ根據(jù)變槳電機(jī)轉(zhuǎn)子位 置得到，并將d軸定位于轉(zhuǎn)子永磁體的磁鏈方向上，且規(guī)定q軸超前d軸90度。采用idp^zQ的 矢量控制，idpi#與實(shí)測(cè)電流轉(zhuǎn)矩分量idpi的偏差經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器后輸出電壓d軸分量參考值； iqP，與實(shí)測(cè)電流轉(zhuǎn)矩分量iwl的偏差經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器后輸出電壓q軸分量參考值。電壓d、q軸 分量參考值經(jīng)過坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)逆變換后得到靜止坐標(biāo)系下的三相電壓參考值，該電壓參考值經(jīng) 過電壓空間矢量脈寬調(diào)制產(chǎn)生變槳逆變主電路所需的PWM脈沖。
[0073] 槳葉1的變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)由槳葉繞變槳軸線轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jpl以及槳葉1變槳負(fù)載力矩 Tlp1、變槳電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩^的的動(dòng)態(tài)方程構(gòu)建。其中TLpl*Bladed軟件實(shí)時(shí)計(jì)算并由通信PLC 提供給RTDS，TLpl除以變槳變速箱變比Ngbp作為RTDS中變槳電機(jī)的機(jī)械輸入轉(zhuǎn)矩T Lpml。為了 準(zhǔn)確仿真變槳?jiǎng)討B(tài)，槳葉1繞變槳軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JP1需要折