[发明专利]风电机组偏航系统与变桨系统精细化实时仿真平台和方法

说明书

本发明提供一种风电机组偏航系统与变桨系统精细化实时仿真平台及方法，所述方法为：在GH Bladed软件中建立风电机组的风模型、机械部分模型、气动模型及偏航系统机械部分模型；在RTDS中建立风电机组的电气部分模型、变桨系统模型、偏航系统电气及控制部分模型；变桨系统模型包括变桨控制单元、变桨电机及变频器主电路、变桨执行机构，偏航系统模型包括偏航控制单元、偏航电机及变频器主电路；所述的GH Bladed软件与RTDS之间通过通信PLC进行实时的变量交互和通信，实现完整的实时闭环仿真。本发明详细考虑变桨动态和偏航动态的风电机组整机模型，能很好的满足变桨系统和偏航系统的研究需要，精确程度提高。

技术领域

本发明涉及风力发电中的变桨系统和偏航系统，具体地，涉及一种风电机组偏航系统与变桨系统的精细化仿真平台和方法，尤其是一种基于RTDS与Bladed的风电机组偏航系统与变桨系统的精细化仿真平台和方法。

背景技术

变桨系统和偏航系统是大型风电机组的重要装置，对风电机组的发电优化、机组安全运行均起到至关重要的作用，因此对变桨系统与偏航系统的研究是十分重要的。但是在风电机组上直接进行实验测试成本高，且大部分研究者不具备相关实验条件。

现有学术研究中通常将变桨系统简化为变桨指令的一阶滞后环节。事实上变桨系统包含变桨控制、变桨电机驱动控制、变桨电机及其变频器、变桨执行机构等部分，简化的变桨系统模型无法逼真模拟变桨系统的全动态及其与风电机组整机的交互。

现有学术研究中通常认为风轮始终正对风向而忽略偏航系统，或用给定的偏航速率模拟偏航系统。事实上偏航系统包含偏航控制、偏航电机驱动控制、偏航电机及其变频器、偏航执行机构等部分，简化的偏航系统模型无法逼真模拟偏航系统的全动态及其与风电机组整机的交互。

目前尚且没有能详细考虑变桨动态和偏航动态的风电机组整机精细化模型。

国内已有整机厂商构建了变桨系统的拖动实验平台，对变桨控制系统进行测试。但是变桨拖动平台功能单一，不同机组机械参数不一致导致桨叶绕变桨轴线的转动惯量各异，因此应用于不同机组时存在改造难度大的缺陷。另外变桨系统的实际响应与变桨负载紧密联系，而变桨负载模拟难度也较大。

已有专利CN102354125B提出了采用Bladed和RTDS构建风电机组低电压穿越综合模拟系统的方法，但是该专利并未说明Bladed与RTDS之间如何同步的实时运行以及如何通信构建完整系统，也并未提及满足精细化要求的偏航系统和变桨系统的构建方法。

作为与本发明最相近的方案，中国专利CN102749853A公开了一种基于dSPACE的风电机组整机控制半实物仿真平台，该平台包括外部信号模拟部分、电机对拖平台部分、网侧变流器及电网模拟部分、偏航系统、变桨系统和主控系统，所述外部信号模拟部分、电机对拖平台部分、网侧变流器及电网模拟部分、偏航系统、变桨系统通过风机控制总线与所述主控系统连接。该实验平台能够模拟环境、电网的变化、风轮机输出特性、变流和控制系统及偏航、变桨等其它关键零部件模型，可以模拟风力发电机组在不同环境和条件下的运行情况。

上述CN 102749853 A中，实质是实现了小功率样机的实物对拖平台，无法作为大型风电机组的镜像模型。风电机组气动模型与大部分其他模型直接关联，该发明中气动模型通过dSPACE实现，精确程度不够，其提供的偏航负载力矩和变桨复负载力矩准确度欠佳，且没有柔性塔架、柔性桨叶等机械部分模型。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种风电机组偏航系统与变桨系统的精细化仿真平台和方法，详细考虑变桨动态和偏航动态的风电机组整机模型，能很好的满足变桨系统和偏航系统的研究需要，精确程度提高。

根据本发明的第一方面，提供一种风电机组偏航系统与变桨系统的精细化实时仿真方法，所述方法具体为：