一種用于風(fēng)電機(jī)組電控系統(tǒng)測(cè)試的硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種用于風(fēng)電機(jī)組電控系統(tǒng)測(cè)試的硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置,包括實(shí)時(shí)仿真機(jī)，與該實(shí)時(shí)仿真機(jī)通過以太網(wǎng)進(jìn)行通訊的上位機(jī)、多軸伺服驅(qū)動(dòng)的變槳電機(jī)負(fù)載模擬單元和包括主控系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)的待測(cè)風(fēng)電機(jī)組電控系統(tǒng)；實(shí)時(shí)仿真機(jī)與主控系統(tǒng)間通過以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，實(shí)時(shí)仿真機(jī)與變槳電機(jī)負(fù)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(jìn)行通訊。本實(shí)用新型能夠重復(fù)模擬風(fēng)電機(jī)組各種常規(guī)和故障工況，對(duì)風(fēng)電機(jī)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(yīng)實(shí)現(xiàn)全面的、自動(dòng)化的測(cè)試并且觀測(cè)和記錄風(fēng)電機(jī)組電控系統(tǒng)的響應(yīng)和控制品質(zhì)，從而大幅縮減開發(fā)成本和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的時(shí)間。
【專利說明】
一種用于風(fēng)電機(jī)組電控系統(tǒng)測(cè)試的硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種用于風(fēng)電機(jī)組電控系統(tǒng)測(cè)試的硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電控系統(tǒng)是風(fēng)電機(jī)組的重要組成部分，它承擔(dān)著風(fēng)電機(jī)組監(jiān)控、自動(dòng)調(diào)節(jié)、實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲以及保證良好的電網(wǎng)兼容性等重要任務(wù)。
[0003]主控系統(tǒng)是風(fēng)電機(jī)組電控系統(tǒng)的主體，它實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)調(diào)向、自動(dòng)調(diào)速、自動(dòng)并網(wǎng)、自動(dòng)解列、故障自動(dòng)停機(jī)、自動(dòng)電纜解繞及自動(dòng)記錄與監(jiān)控等重要控制、保護(hù)功能。主控系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)接口完成風(fēng)電機(jī)組實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的交換，與變槳系統(tǒng)接口完成對(duì)葉片的控制，實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲以及恒速運(yùn)行，與變頻系統(tǒng)接口實(shí)現(xiàn)對(duì)有功功率以及無功功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)。
[0004]變槳系統(tǒng)與主控系統(tǒng)配合，通過對(duì)葉片節(jié)距角的控制，實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲以及恒速運(yùn)行，提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行靈活性。變槳系統(tǒng)作為大型風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)的核心部件之一，有效地保證風(fēng)電機(jī)組在額定風(fēng)速以上安全、穩(wěn)定、高效地運(yùn)行。因此變槳系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性測(cè)試是非常重要的環(huán)節(jié)。
[0005]硬件在環(huán)仿真測(cè)試技術(shù)在汽車和航天航空領(lǐng)域有了很成熟的應(yīng)用，但在風(fēng)電領(lǐng)域的應(yīng)用剛起步，而且目前主要應(yīng)用于單個(gè)風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)的開發(fā)和測(cè)試。比如，針對(duì)主控系統(tǒng)的硬件在環(huán)測(cè)試，整個(gè)變槳系統(tǒng)包括控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)都作為仿真模型集成到風(fēng)電機(jī)組模型中去;針對(duì)變槳系統(tǒng)的硬件在環(huán)測(cè)試，整個(gè)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(fēng)電機(jī)組模型中去。實(shí)際風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行當(dāng)中，主控系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)的交互影響十分頻繁，很多現(xiàn)場(chǎng)故障在實(shí)驗(yàn)室單個(gè)系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)上并不能完全復(fù)現(xiàn)。此外，風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)的測(cè)試更依賴于模型的精確程度，特別風(fēng)電機(jī)組各部件復(fù)雜的空氣動(dòng)力學(xué)模型和結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型，以及針對(duì)變槳電機(jī)部分，對(duì)風(fēng)機(jī)葉片槳距的精確計(jì)算和模擬、負(fù)載電機(jī)扭矩的快速和精確加載，這都對(duì)硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置提出了巨大挑戰(zhàn)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]由于現(xiàn)有存在的上述問題，本實(shí)用新型的目的是提出一種用于風(fēng)電機(jī)組電控系統(tǒng)測(cè)試的硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置，該實(shí)驗(yàn)裝置可有效測(cè)試風(fēng)速激勵(lì)下風(fēng)電機(jī)組電控系統(tǒng)的響應(yīng)特性，減低電控系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)成本，大大縮短開發(fā)時(shí)間周期，提高測(cè)試效率;完成在實(shí)際中費(fèi)用高昂或不能進(jìn)行的測(cè)試試驗(yàn)，能夠很方便地進(jìn)行精確、無損和安全的極限測(cè)試和各種破壞性試驗(yàn)，進(jìn)行更加全面、完整的測(cè)試；同時(shí)在實(shí)驗(yàn)室中再現(xiàn)實(shí)際風(fēng)場(chǎng)中主控系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)的交互響應(yīng)、可重復(fù)再現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)故障，有助于故障診斷和故障排查，提供風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的一種用于風(fēng)電機(jī)組電控系統(tǒng)測(cè)試的硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置，包括實(shí)時(shí)仿真機(jī)，與該實(shí)時(shí)仿真機(jī)通過以太網(wǎng)進(jìn)行通訊的上位機(jī)、多軸伺服驅(qū)動(dòng)的變槳電機(jī)負(fù)載模擬單元和包括主控系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)的待測(cè)風(fēng)電機(jī)組電控系統(tǒng);所述實(shí)時(shí)仿真機(jī)與所述主控系統(tǒng)間通過以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，所述實(shí)時(shí)仿真機(jī)與所述變槳電機(jī)負(fù)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(jìn)行通訊。
[0008]作為優(yōu)選的技術(shù)方案:
[0009]本實(shí)用新型所述的硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置，所述變槳電機(jī)負(fù)載模擬單元包括伺服控制單元和伺服驅(qū)動(dòng)器、負(fù)載電機(jī)和帶電網(wǎng)回饋功能的進(jìn)線整流模塊。
[0010]本實(shí)用新型所述的硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置，所述變槳系統(tǒng)包括變槳控制器和變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括變槳電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器、不間斷電源和減速機(jī)構(gòu)。
[0011]本實(shí)用新型所述的硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置，所述負(fù)載電機(jī)通過一聯(lián)軸器連接至所述變槳電機(jī);所述聯(lián)軸器上設(shè)有一扭矩傳感器，該扭矩傳感器將測(cè)到的信號(hào)傳輸?shù)剿鰧?shí)時(shí)仿真機(jī)。
[0012]本實(shí)用新型所述的硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置，所述主控系統(tǒng)包括塔基控制、機(jī)艙控制及各安全鏈模塊。
[0013]本實(shí)用新型所述的硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置，所述實(shí)時(shí)仿真機(jī)內(nèi)包含在Matlab/simulink環(huán)境下搭建的風(fēng)電機(jī)組實(shí)時(shí)仿真模型，所述風(fēng)電機(jī)組實(shí)時(shí)仿真模型包含風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)動(dòng)力模塊、氣動(dòng)模塊、機(jī)械和傳動(dòng)模塊、變槳力矩模塊、發(fā)電機(jī)和變流器模塊以及電網(wǎng)模塊。
[0014]由于采用以上技術(shù)方案，本實(shí)用新型的一種用于風(fēng)電機(jī)組電控系統(tǒng)測(cè)試的硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置，主要優(yōu)勢(shì)有:
[0015](I)完成在實(shí)際中費(fèi)用高昂或不能進(jìn)行的測(cè)試試驗(yàn)，能夠很方便地進(jìn)行精確、無損和安全的極限測(cè)試和各種破壞性試驗(yàn)，進(jìn)行更加全面、完整的測(cè)試；
[0016](2)可保存對(duì)控制系統(tǒng)在臨界狀態(tài)下響應(yīng)的預(yù)估，且可重現(xiàn)環(huán)境條件，實(shí)現(xiàn)同一工況的反復(fù)測(cè)試；
[0017](3)可再現(xiàn)實(shí)際風(fēng)場(chǎng)中主控系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)的交互響應(yīng)、可重復(fù)再現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)故障，有助于故障診斷和故障排查，提供風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性；
[0018](4)對(duì)控制策略進(jìn)一步優(yōu)化、確定各變量之間可能存在的影響及參數(shù)變化的敏感性，在開發(fā)早期確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷或不足并進(jìn)行協(xié)調(diào)；
[0019](5)極大降低了硬件和試驗(yàn)的費(fèi)用，最大限度地節(jié)省研究時(shí)間和開發(fā)費(fèi)用；
[°02°] (6)基于Matlab/simulink模塊化設(shè)計(jì)，能夠靈活的修改和擴(kuò)展;采用基于Excel參數(shù)化建模方法，能夠快速配置新的機(jī)組類型。
【附圖說明】
[0021 ]下面根據(jù)附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明:
[0022]圖1為本實(shí)用新型中用于風(fēng)電機(jī)組電控系統(tǒng)測(cè)試的硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置的各部件的連接關(guān)系圖
[0023]圖2為本實(shí)用新型中用于風(fēng)電機(jī)組電控系統(tǒng)測(cè)試的硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置的邏輯圖
【具體實(shí)施方式】
[0024]如圖1所示，本實(shí)用新型的一種用于風(fēng)電機(jī)組電控系統(tǒng)測(cè)試的硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置，包括風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)、氣動(dòng)、傳動(dòng)、發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)模型實(shí)時(shí)仿真機(jī)I (工業(yè)PC)；測(cè)試系統(tǒng)啟停操作、工況設(shè)定和狀態(tài)監(jiān)控上位機(jī)2;多軸伺服驅(qū)動(dòng)的變槳電機(jī)負(fù)載模擬單元3;待測(cè)風(fēng)電機(jī)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(jī)構(gòu)，變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括變槳電機(jī)10、伺服驅(qū)動(dòng)器11、不間斷電源和減速機(jī)構(gòu)；主控系統(tǒng)4包括塔基控制、機(jī)艙控制及各安全鏈模塊;變槳電機(jī)負(fù)載模擬單元3，包括伺服控制單元和伺服驅(qū)動(dòng)6、負(fù)載電機(jī)7和帶電網(wǎng)回饋功能的進(jìn)線整流模塊8。負(fù)載模擬單元3的負(fù)載電機(jī)7通過聯(lián)軸器12連接至被測(cè)變槳電機(jī)10。聯(lián)軸器12上裝有扭矩傳感器13，其將測(cè)到的扭矩和轉(zhuǎn)速信號(hào)傳遞到實(shí)時(shí)仿真機(jī)2。上位機(jī)2與實(shí)時(shí)仿真機(jī)I之間、實(shí)時(shí)仿真機(jī)I與主控系統(tǒng)4之間通過以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，實(shí)時(shí)仿真機(jī)I與變槳電機(jī)負(fù)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(jìn)行通訊。
[0025]實(shí)時(shí)仿真機(jī)內(nèi)包含在Matlab/simulink環(huán)境下搭建的風(fēng)電機(jī)組實(shí)時(shí)仿真模型，風(fēng)電機(jī)組實(shí)時(shí)仿真模型包含風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)動(dòng)力模塊14、氣動(dòng)模塊13、機(jī)械和傳動(dòng)模塊、變槳力矩模塊16、發(fā)電機(jī)和變流器模塊以及電網(wǎng)模塊。
[0026]圖2為本實(shí)用新型中的用于風(fēng)電機(jī)組電控系統(tǒng)測(cè)試的硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置的邏輯圖，給出了仿真機(jī)中風(fēng)電機(jī)組仿真模型各個(gè)模塊之間的傳遞參數(shù)和邏輯關(guān)系。風(fēng)力機(jī)實(shí)際運(yùn)行中，槳葉上受到的氣動(dòng)力總是在不斷變化中，為了能更真實(shí)模擬風(fēng)速擾動(dòng)時(shí)槳葉載荷的變化，通過模擬真實(shí)葉片受到的氣動(dòng)力矩、重力矩和摩擦力矩準(zhǔn)確計(jì)算變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)的負(fù)載力矩。氣動(dòng)模塊13用來計(jì)算葉片的氣動(dòng)性能，并將將計(jì)算得到的葉片在不同位置的氣動(dòng)載荷傳遞給結(jié)構(gòu)動(dòng)力模塊14;結(jié)構(gòu)動(dòng)力模塊14考慮氣動(dòng)載荷的切變，以及重力載荷15，計(jì)算葉片的結(jié)構(gòu)振動(dòng)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(jì)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(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器11;另一方面通過變槳力矩模塊16計(jì)算變槳過程中產(chǎn)生的負(fù)載力矩，并傳遞給變槳電機(jī)負(fù)載模擬單元3，由負(fù)載電機(jī)7為變槳電機(jī)10提供一個(gè)葉片真實(shí)運(yùn)行下的負(fù)載力矩。
[0027]但是，上述的【具體實(shí)施方式】只是示例性的，是為了更好的使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解本專利，不能理解為是對(duì)本專利包括范圍的限制；只要是根據(jù)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(quán)項(xiàng)】
1.一種用于風(fēng)電機(jī)組電控系統(tǒng)測(cè)試的硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:包括實(shí)時(shí)仿真機(jī)，與該實(shí)時(shí)仿真機(jī)通過以太網(wǎng)進(jìn)行通訊的上位機(jī)、多軸伺服驅(qū)動(dòng)的變槳電機(jī)負(fù)載模擬單元和包括主控系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)的待測(cè)風(fēng)電機(jī)組電控系統(tǒng);所述實(shí)時(shí)仿真機(jī)與所述主控系統(tǒng)間通過以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，所述實(shí)時(shí)仿真機(jī)與所述變槳電機(jī)負(fù)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(jìn)行通訊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述變槳電機(jī)負(fù)載模擬單元包括伺服控制單元和伺服驅(qū)動(dòng)器、負(fù)載電機(jī)和帶電網(wǎng)回饋功能的進(jìn)線整流模塊。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)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(jī)構(gòu)，所述變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括變槳電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器、不間斷電源和減速機(jī)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述負(fù)載電機(jī)通過一聯(lián)軸器連接至所述變槳電機(jī);所述聯(lián)軸器上設(shè)有一扭矩傳感器，該扭矩傳感器將測(cè)到的信號(hào)傳輸?shù)剿鰧?shí)時(shí)仿真機(jī)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述主控系統(tǒng)包括塔基控制、機(jī)艙控制及各安全鏈模塊。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述實(shí)時(shí)仿真機(jī)內(nèi)包含在Matlab/simulink環(huán)境下搭建的風(fēng)電機(jī)組實(shí)時(shí)仿真模型，所述風(fēng)電機(jī)組實(shí)時(shí)仿真模型包含風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)動(dòng)力模塊、氣動(dòng)模塊、機(jī)械和傳動(dòng)模塊、變槳力矩模塊、發(fā)電機(jī)和變流器模塊以及電網(wǎng)模塊。
【文檔編號(hào)】G05B23/02GK205450761SQ201521131215
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)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(guó)
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