[发明专利]一种考虑转速偏差补偿的风力机动态特性模拟系统

说明书

本发明涉及一种考虑转速偏差补偿的风力机动态特性模拟系统，属于风力发电的技术领域。所述模拟系统包括：电动机、位置传感器、速度计算模块、反馈转矩计算模块、负载转矩观测器模块、风力机仿真模型模块、风力机转速计算模块、参考转矩计算模块、转矩控制器、三相全桥变换器。所述模拟系统的控制策略中融合模型预测控制方法，并采用负载转矩观测器观测风力发电机转矩，所推导的电动机参考电磁转矩计算公式中包含风力机系统与模拟系统的转速差值补偿项，使得该风力机模拟系统的模拟精度高，适用于风力机动态特性的模拟。

技术领域

本发明公开了一种考虑转速偏差补偿的风力机动态特性模拟系统，属于风力发电技术领域。

背景技术

通常一台风力发电机组从设计、制作到实际应用需要漫长而艰难的先期准备工作，同时需要考虑可能出现的极限运行工况的考核。但是受条件限制，给风力发电技术的实验研究带来了极大困难。风力机模拟技术是一行之有效的解决方案，该方案实现灵活，仅需要更改软件就可以模拟不同性能的风力机，并且省时省力，成本较低。

风力机模拟系统通常采用转矩(功率)闭环控制的电动机(如直流电机、异步电机、永磁同步电机、无刷直流电机等)来模拟实际风力机输出的转矩(功率)。现有研究大多对稳态情况下的风力机特性进行了研究，但是只研究风力机的稳态特性对考察整个系统没有实际意义。风力机动态特性的模拟非常必要，因为只有模拟完整的风力机特性，才能用于测试实际的风力发电系统，从而避免现场调试的困难。所谓风力机的动态特性模拟，是将电动机与实际风力机机械参数的差异也引入到控制策略中，不仅使稳态时模拟电动机输出功率与风力机一致，而且在风速或负载转矩变化情况下，对实际机组转速与转矩表现出的随时间变化过程也进行模拟，使得模拟系统更贴近实际。

实际风力机的转动惯量通常比电动机大很多，当风速频繁变化时，实际的风力机转速波动并不是很大，相比之下，小惯量的电动机将会存在较大的转速波动，进而引起发电机功率波动，这是实际系统中不存在的现象，因此需要对模拟电动机进行惯量补偿。现有的风力机动态模拟方法中，主要分为速度闭环控制的模拟方法和转矩闭环控制的模拟方法。其中，基于加速度反馈的转矩闭环控制模拟方法因为实现简单，使用最为广泛。但该方法容易放大速度噪声，由于加速度反馈的一步延迟，容易使得系统变得不稳定。

基于负载转矩反馈的转矩闭环控制模拟方法很好地解决了这一问题，为了使得模拟系统中的电动机和发电机更具有独立性，可利用负载转矩观测器获取电动机的负载转矩，即发电机转矩。以往基于负载转矩反馈的模拟方法通常只关注模拟系统和风力机系统的加速度相等，却忽视了动态过程当中，若两系统的某一瞬间转速不再一致，则会导致后续的动态过程模拟系统的转速值将始终与理想值存在偏差，从而降低了风力机模拟系统的准确性。因此有必要提供一个稳定、灵活、准确的风力机模拟方法，为实验室环境下风力发电技术的研究提供可靠的基础。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的缺陷，提出一种考虑转速偏差补偿的风力机动态特性模拟系统，以实现进一步提高基于负载转矩反馈的风力机模拟系统的模拟准确性的技术目的。

为了达到以上目的，提供如下技术方案：一种考虑转速偏差补偿的风力机动态特性模拟系统包括：电动机、位置传感器、速度计算模块、反馈转矩计算模块、负载转矩观测器模块、风力机仿真模型模块、风力机转速计算模块、参考转矩计算模块、转矩控制器、三相全桥变换器；

其中：电动机通过传动轴与风力发电机相连；电动机输入端连接三相全桥变换器输出端，位置传感器的旋转部分与电动机的转子同轴安装，静止部分固定在电动机机壳上；位置传感器的输出为电动机的角度信号θ；速度计算模块的输入为θ，输出为电动机转子转速Ω_m；

反馈转矩计算模块输入为θ与电动机的三相电流i_a、i_b、i_c，输出为反馈转矩T_em；