[发明专利]一种全工况风力机模拟器

权利要求书

1.一种全工况风力机模拟器，其特征在于，所述的风力机模拟器包括三大部分：风力机模拟器上位机监控系统、全工况风力机特性模拟控制系统和风力机模拟器机电随动系统；所述的风力机模拟器上位机监控系统由工业控制计算机、监控系统及通讯模块组成，用于实现全工况风力机模拟器系统控制调度，风力机模拟器参数设置，风力机模拟器常规自然风速模拟功能；所述的全工况风力机特性模拟控制系统包括PLC单元、信号采集转换器、变桨矩系统模拟模块及系统保护模拟模块；信号采集转换器实时采集并转换转速信号和转矩信号，传输到PLC单元中，经PLC单元处理得到输出参考转矩指令；变桨矩系统模拟模块及系统保护功能模拟模块分别执行风电机组模拟实验平台的风电机组主控系统发送的桨距角指令和系统保护信号指令；所述的风力机模拟器机电随动系统由拖动变频器、拖动电机、联轴器及转矩转速传感器组成，拖动变频器与拖动电机电气连接，拖动电机与联轴器机械连接，联轴器安装在拖动电机转轴上，转矩转速传感器安装在联轴器上，所述的拖动变频器接收到全工况风力机特性模拟控制系统输出的参考转矩指令后，控制拖动电机输出转矩，模拟风力机运行特性。

2.按照权利要求1所述的全工况风力机模拟器，其特征在于所述的风力机模拟器按以下步骤模拟风力机特性运行：

步骤1：首先所述的风力机模拟器上位机监控系统进行参数设置，所述参数包括风电场空气密度、待测风电机组类型、风电机组额定功率、风电机组轮毂高度、风电机组叶轮半径及模拟时间尺度；所述的风力机模拟器上位机监控系统读入风力发电机厂家提供的额定功率曲线，所述的风力机模拟器上位机监控系统根据待测风电机组及环境参数自动生成常规自然风速曲线，供所述的PLC单元实时读取；

步骤2：所述的风力机模拟器上位机监控系统进行系统自检，检查无误后发送指令到所述的PLC单元中，启动所述的变桨矩系统模拟模块和系统保护功能模拟模块，同时在所述的PLC单元中运行风力机特性模拟算法；

步骤3：所述的PLC单元根据步骤1设置的待测风电机组参数，在每个控制周期T_s内，实时计算出由于塔影效应及风剪效应引起的等效风速扰动v_ed，将等效风速扰动v_ed叠加到该控制周期T_s内读取的步骤1中生成的常规自然风速曲线数据上；

步骤4：所述的PLC单元根据贝叶茨理论，计算出待测风力机实时吸收的风能和输出气动转矩，风力机吸收的机械功率P_m使用如下公式表示：

Pm=12Cp(λ,β)ρπR2v3]]>

其中C_p为风能利用系数，R为风力机叶轮半径，v为风速，ρ为空气密度；风能利用系数C_p为叶尖速比λ与桨距角β的函数，叶尖速比λ为叶尖速度与风速的比值，表达式为：

λ＝Rω/v_wind

其中，ω为风力机风轮旋转角速度，更进一步地，风力机输出气动转矩T_m由下式得出：

Tm=Pmω=12ρπR3v2Cp(λ,β)/λ]]>

步骤5：对拖动电机输出的转矩进行修正，通过转矩修正后，补偿风力机模拟器的转动惯量，最后发送修正后的实时转矩指令到所述的拖动变频器，控制拖动电机运行，模拟风力机特性；同时，在每个控制周期中，所述的PLC单元通过信号采集转换器实时采集转速、转矩信号，验证输出转矩的正确性；

步骤6：在一个模拟周期内，所述的变桨矩系统模拟程序模块和系统保护功能模拟模块循环运行，分别执行给定的桨距角输出指令和系统保护信号指令，一旦检测到任何故障即开始紧急顺桨，保护风力机，避免飞车。