[发明专利]一种适用于风力机模拟器的考虑时滞的转动惯量补偿方法

说明书

本发明针对当前风力机模拟器模拟大转动惯量风力机时会发生失稳振荡的问题，公开了一种考虑通信时滞与加速度时滞的改进转动惯量补偿方法，首先对风力机模拟器进行测试，确定风力机模拟器的转动惯量；之后确定风力机模拟器所要模拟的风力机模型，确定风力机模型转动惯量；并对风力机模拟器进行测试，确定通信时滞步长；并根据情况在风力机模拟器的动态转矩补偿支路中添加滤波器；最后对数字滤波器的参数进行调整，使风力机模拟器稳定运行。本发明解决了WTS因通信时滞与加速度时滞而引发的失稳现象，通过消除时滞影响使WTS能稳定地模拟大转动惯量风力机，帮助在实验室环境内进行风力机控制实验。

技术领域

本发明属于风力机模拟器领域，尤其涉及一种适用于风力机模拟器的考虑通信时滞与加速度时滞的转动惯量补偿方法。

背景技术

由于实际风力机的场地实验开展十分困难且耗费时间，风力机模拟器(WindTurbine Simulator,WTS)作为一种能够在实验室环境下进行风力机实验的设备，开展风力机试验的目的将助力风轮叶片气动设计、风力机伺服控制、电气变流技术等的深入研究，对风力发电系统的开发、优化和现场应用具有重要的意义。

由于WTS的物理转动惯量远小于实际风力机的转动惯量，WTS须采取转动惯量补偿方法以还原实际风力机的慢机械动态特性。目前主流的解决方案是转动惯量方法进行虚拟补偿，从而实现小转动惯量系统对大转动惯量风力机的机械动态模拟。

但是因为WTS系统在应用时不可避免的存在通信时滞与加速度时滞，这两个时滞会在转动惯量补偿回路中激发一个偏差响应分量，当WTS模拟风力机的转动惯量大于实验平台两倍时该偏差响应分量会发散而引起WTS系统振荡失稳。而现有的基于一阶滤波器的转动惯量补偿方法由于通信时滞的影响难以准确消除偏差响应分量，存在失效现象。

基于上述情况，目前迫切需要一种适用于WTS的考虑时滞的改进转动惯量补偿方法，准确消除通信时滞与加速度时滞在转动惯量补偿环节所产生的偏差响应分量以稳定WTS系统。但是现有技术中尚无相关描述。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种适用于风力机模拟器的考虑时滞的转动惯量补偿方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种适用于风力机模拟器的考虑时滞的转动惯量补偿方法，包括以下步骤：

步骤1、对风力机模拟器进行测试，确定风力机模拟器的转动惯量J_s；

步骤2、确定风力机模拟器所要模拟的风力机模型，确定风力机模型转动惯量J_t；

步骤3、对风力机模拟器进行测试，确定通信时滞步长k₀；时滞步长k₀的确定公式为：

k₀＝[τ/T]

式中，τ是通信时滞时长，T是系统采样时长。

步骤4、判断J_t≥2·J_s是否成立，若成立，进入步骤5，否则结束操作；

步骤5、在风力机模拟器的动态转矩补偿支路中添加k₀+1阶数字滤波器；k₀+1阶数字滤波器的表达式为：

式中，α是k₀+1阶滤波器系数，其取值范围为0＜α＜1，1～k₀阶滤波器系数则均取为零。

步骤6、根据模拟器转动惯量J_s与风力机转动惯量J_t对k₀+1阶数字滤波器的参数α进行调整，使风力机模拟器稳定运行。所用公式为：