一種用于風電機組電控系統(tǒng)測試的硬件在環(huán)實驗裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種用于風電機組電控系統(tǒng)測試的硬件在環(huán)實驗裝置,包括實時仿真機，與該實時仿真機通過以太網進行通訊的上位機、多軸伺服驅動的變槳電機負載模擬單元和包括主控系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)的待測風電機組電控系統(tǒng)；實時仿真機與主控系統(tǒng)間通過以太網進行通訊，實時仿真機與變槳電機負載模擬單元之間及主控系統(tǒng)與變槳系統(tǒng)之間通過CAN總線進行通訊。本實用新型能夠重復模擬風電機組各種常規(guī)和故障工況，對風電機組電控系統(tǒng)的軟件、硬件、通訊以及主控系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)之間的交互響應實現全面的、自動化的測試并且觀測和記錄風電機組電控系統(tǒng)的響應和控制品質，從而大幅縮減開發(fā)成本和現場調試的時間。
【專利說明】
一種用于風電機組電控系統(tǒng)測試的硬件在環(huán)實驗裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種用于風電機組電控系統(tǒng)測試的硬件在環(huán)實驗裝置。
【背景技術】
[0002]電控系統(tǒng)是風電機組的重要組成部分，它承擔著風電機組監(jiān)控、自動調節(jié)、實現最大風能捕獲以及保證良好的電網兼容性等重要任務。
[0003]主控系統(tǒng)是風電機組電控系統(tǒng)的主體，它實現自動啟動、自動調向、自動調速、自動并網、自動解列、故障自動停機、自動電纜解繞及自動記錄與監(jiān)控等重要控制、保護功能。主控系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)接口完成風電機組實時數據及統(tǒng)計數據的交換，與變槳系統(tǒng)接口完成對葉片的控制，實現最大風能捕獲以及恒速運行，與變頻系統(tǒng)接口實現對有功功率以及無功功率的自動調節(jié)。
[0004]變槳系統(tǒng)與主控系統(tǒng)配合，通過對葉片節(jié)距角的控制，實現最大風能捕獲以及恒速運行，提高了風力發(fā)電機組的運行靈活性。變槳系統(tǒng)作為大型風電機組控制系統(tǒng)的核心部件之一，有效地保證風電機組在額定風速以上安全、穩(wěn)定、高效地運行。因此變槳系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性測試是非常重要的環(huán)節(jié)。
[0005]硬件在環(huán)仿真測試技術在汽車和航天航空領域有了很成熟的應用，但在風電領域的應用剛起步，而且目前主要應用于單個風電機組控制系統(tǒng)的開發(fā)和測試。比如，針對主控系統(tǒng)的硬件在環(huán)測試，整個變槳系統(tǒng)包括控制器和執(zhí)行機構都作為仿真模型集成到風電機組模型中去;針對變槳系統(tǒng)的硬件在環(huán)測試，整個主控系統(tǒng)，甚至包括變槳控制部分都作為仿真模型集成到風電機組模型中去。實際風電機組的運行當中，主控系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)的交互影響十分頻繁，很多現場故障在實驗室單個系統(tǒng)測試平臺上并不能完全復現。此外，風電機組控制系統(tǒng)的測試更依賴于模型的精確程度，特別風電機組各部件復雜的空氣動力學模型和結構動力學模型，以及針對變槳電機部分，對風機葉片槳距的精確計算和模擬、負載電機扭矩的快速和精確加載，這都對硬件在環(huán)實驗裝置提出了巨大挑戰(zhàn)。
【實用新型內容】
[0006]由于現有存在的上述問題，本實用新型的目的是提出一種用于風電機組電控系統(tǒng)測試的硬件在環(huán)實驗裝置，該實驗裝置可有效測試風速激勵下風電機組電控系統(tǒng)的響應特性，減低電控系統(tǒng)的調試和維護成本，大大縮短開發(fā)時間周期，提高測試效率;完成在實際中費用高昂或不能進行的測試試驗，能夠很方便地進行精確、無損和安全的極限測試和各種破壞性試驗，進行更加全面、完整的測試；同時在實驗室中再現實際風場中主控系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)的交互響應、可重復再現現場故障，有助于故障診斷和故障排查，提供風電機組運行的穩(wěn)定性。
[0007]為實現上述目的，本實用新型的一種用于風電機組電控系統(tǒng)測試的硬件在環(huán)實驗裝置，包括實時仿真機，與該實時仿真機通過以太網進行通訊的上位機、多軸伺服驅動的變槳電機負載模擬單元和包括主控系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)的待測風電機組電控系統(tǒng);所述實時仿真機與所述主控系統(tǒng)間通過以太網進行通訊，所述實時仿真機與所述變槳電機負載模擬單元之間及所述主控系統(tǒng)與所述變槳系統(tǒng)之間通過CAN總線進行通訊。
[0008]作為優(yōu)選的技術方案:
[0009]本實用新型所述的硬件在環(huán)實驗裝置，所述變槳電機負載模擬單元包括伺服控制單元和伺服驅動器、負載電機和帶電網回饋功能的進線整流模塊。
[0010]本實用新型所述的硬件在環(huán)實驗裝置，所述變槳系統(tǒng)包括變槳控制器和變槳執(zhí)行機構，所述變槳執(zhí)行機構包括變槳電機、伺服驅動器、不間斷電源和減速機構。
[0011]本實用新型所述的硬件在環(huán)實驗裝置，所述負載電機通過一聯軸器連接至所述變槳電機;所述聯軸器上設有一扭矩傳感器，該扭矩傳感器將測到的信號傳輸到所述實時仿真機。
[0012]本實用新型所述的硬件在環(huán)實驗裝置，所述主控系統(tǒng)包括塔基控制、機艙控制及各安全鏈模塊。
[0013]本實用新型所述的硬件在環(huán)實驗裝置，所述實時仿真機內包含在Matlab/simulink環(huán)境下搭建的風電機組實時仿真模型，所述風電機組實時仿真模型包含風電機組結構動力模塊、氣動模塊、機械和傳動模塊、變槳力矩模塊、發(fā)電機和變流器模塊以及電網模塊。
[0014]由于采用以上技術方案，本實用新型的一種用于風電機組電控系統(tǒng)測試的硬件在環(huán)實驗裝置，主要優(yōu)勢有:
[0015](I)完成在實際中費用高昂或不能進行的測試試驗，能夠很方便地進行精確、無損和安全的極限測試和各種破壞性試驗，進行更加全面、完整的測試；
[0016](2)可保存對控制系統(tǒng)在臨界狀態(tài)下響應的預估，且可重現環(huán)境條件，實現同一工況的反復測試；
[0017](3)可再現實際風場中主控系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)的交互響應、可重復再現現場故障，有助于故障診斷和故障排查，提供風電機組運行的穩(wěn)定性；
[0018](4)對控制策略進一步優(yōu)化、確定各變量之間可能存在的影響及參數變化的敏感性，在開發(fā)早期確定系統(tǒng)設計缺陷或不足并進行協調；
[0019](5)極大降低了硬件和試驗的費用，最大限度地節(jié)省研究時間和開發(fā)費用；
[°02°] (6)基于Matlab/simulink模塊化設計，能夠靈活的修改和擴展;采用基于Excel參數化建模方法，能夠快速配置新的機組類型。
【附圖說明】
[0021 ]下面根據附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明:
[0022]圖1為本實用新型中用于風電機組電控系統(tǒng)測試的硬件在環(huán)實驗裝置的各部件的連接關系圖
[0023]圖2為本實用新型中用于風電機組電控系統(tǒng)測試的硬件在環(huán)實驗裝置的邏輯圖
【具體實施方式】
[0024]如圖1所示，本實用新型的一種用于風電機組電控系統(tǒng)測試的硬件在環(huán)實驗裝置，包括風電機組結構、氣動、傳動、發(fā)電機和電網模型實時仿真機I (工業(yè)PC)；測試系統(tǒng)啟停操作、工況設定和狀態(tài)監(jiān)控上位機2;多軸伺服驅動的變槳電機負載模擬單元3;待測風電機組電控系統(tǒng)，包括主控系統(tǒng)4和變槳系統(tǒng)5;變槳系統(tǒng)5包括變槳控制器9和變槳執(zhí)行機構，變槳執(zhí)行機構包括變槳電機10、伺服驅動器11、不間斷電源和減速機構；主控系統(tǒng)4包括塔基控制、機艙控制及各安全鏈模塊;變槳電機負載模擬單元3，包括伺服控制單元和伺服驅動6、負載電機7和帶電網回饋功能的進線整流模塊8。負載模擬單元3的負載電機7通過聯軸器12連接至被測變槳電機10。聯軸器12上裝有扭矩傳感器13，其將測到的扭矩和轉速信號傳遞到實時仿真機2。上位機2與實時仿真機I之間、實時仿真機I與主控系統(tǒng)4之間通過以太網進行通訊，實時仿真機I與變槳電機負載模擬單元3之間及主控系統(tǒng)4與變槳系統(tǒng)5之間通過CAN總線進行通訊。
[0025]實時仿真機內包含在Matlab/simulink環(huán)境下搭建的風電機組實時仿真模型，風電機組實時仿真模型包含風電機組結構動力模塊14、氣動模塊13、機械和傳動模塊、變槳力矩模塊16、發(fā)電機和變流器模塊以及電網模塊。
[0026]圖2為本實用新型中的用于風電機組電控系統(tǒng)測試的硬件在環(huán)實驗裝置的邏輯圖，給出了仿真機中風電機組仿真模型各個模塊之間的傳遞參數和邏輯關系。風力機實際運行中，槳葉上受到的氣動力總是在不斷變化中，為了能更真實模擬風速擾動時槳葉載荷的變化，通過模擬真實葉片受到的氣動力矩、重力矩和摩擦力矩準確計算變槳執(zhí)行機構的負載力矩。氣動模塊13用來計算葉片的氣動性能，并將將計算得到的葉片在不同位置的氣動載荷傳遞給結構動力模塊14;結構動力模塊14考慮氣動載荷的切變，以及重力載荷15，計算葉片的結構振動特性，一方面獲得揮舞及擺振頻率和振型，并傳遞給主控系統(tǒng)4與變槳控制器9，由主控系統(tǒng)4和變槳控制器9通過不同的策略計算出葉片的期望攻角和變槳速度，作為變槳指令下發(fā)給變槳電機伺服驅動器11;另一方面通過變槳力矩模塊16計算變槳過程中產生的負載力矩，并傳遞給變槳電機負載模擬單元3，由負載電機7為變槳電機10提供一個葉片真實運行下的負載力矩。
[0027]但是，上述的【具體實施方式】只是示例性的，是為了更好的使本領域技術人員能夠理解本專利，不能理解為是對本專利包括范圍的限制；只要是根據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。
【主權項】
1.一種用于風電機組電控系統(tǒng)測試的硬件在環(huán)實驗裝置，其特征在于:包括實時仿真機，與該實時仿真機通過以太網進行通訊的上位機、多軸伺服驅動的變槳電機負載模擬單元和包括主控系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)的待測風電機組電控系統(tǒng);所述實時仿真機與所述主控系統(tǒng)間通過以太網進行通訊，所述實時仿真機與所述變槳電機負載模擬單元之間及所述主控系統(tǒng)與所述變槳系統(tǒng)之間通過CAN總線進行通訊。2.根據權利要求1所述的硬件在環(huán)實驗裝置，其特征在于:所述變槳電機負載模擬單元包括伺服控制單元和伺服驅動器、負載電機和帶電網回饋功能的進線整流模塊。3.根據權利要求2所述的硬件在環(huán)實驗裝置，其特征在于:所述變槳系統(tǒng)包括變槳控制器和變槳執(zhí)行機構，所述變槳執(zhí)行機構包括變槳電機、伺服驅動器、不間斷電源和減速機構。4.根據權利要求3所述的硬件在環(huán)實驗裝置，其特征在于:所述負載電機通過一聯軸器連接至所述變槳電機;所述聯軸器上設有一扭矩傳感器，該扭矩傳感器將測到的信號傳輸到所述實時仿真機。5.根據權利要求1所述的硬件在環(huán)實驗裝置，其特征在于:所述主控系統(tǒng)包括塔基控制、機艙控制及各安全鏈模塊。6.根據權利要求1所述的硬件在環(huán)實驗裝置，其特征在于:所述實時仿真機內包含在Matlab/simulink環(huán)境下搭建的風電機組實時仿真模型，所述風電機組實時仿真模型包含風電機組結構動力模塊、氣動模塊、機械和傳動模塊、變槳力矩模塊、發(fā)電機和變流器模塊以及電網模塊。
【文檔編號】G05B23/02GK205450761SQ201521131215
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年12月30日
【發(fā)明人】李玲蓮, 鮑秀昌, 徐林, 孫同金, 蔣杏國
【申請人】上?？斪詣踊萍加邢薰? 鹽城市產品質量監(jiān)督檢驗所