[发明专利]基于加速度观测的兆瓦级风机模拟方法

说明书

技术领域

本发明属于风力机模拟器领域，特别是一种基于加速度观测的兆瓦级风机模拟方法基于加速度观测的兆瓦级风机模拟方法。

背景技术

风力机模拟器(Wind Turbine Simulator，WTS)是一种进行风力发电技术研究的实验工具，人为给定不同风速环境下的风速变化曲线，它可以模拟不同型号的风力机，很好地跟踪风速，在实验室环境下就可以对实际风力机进行模拟。风力机模拟器可以用来进行风力发电领域的气动设计、变流技术以及伺服控制等方面的研究，极大降低了风力发电研究的成本，提高了研究的可信性，对风力发电普及以及环境保护有重要意义。

风力机模拟器模拟实际风力机时，使用电动机模拟风轮输出转矩，整个传动轴系转动惯量远小于实际风力机，直接模拟无法还原实际风力机的慢机械特性。通常，一般采用转动惯量补偿的方法进行转矩补偿，该方法需要实时的发电机角加速度。传统方法采用速度微分求解角加速度，但是这样不仅放大了转速噪声，同时还会导致角加速度求解的延时。结果就是角加速度求解不准确导致模拟器模拟不准确甚至失稳。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于加速度观测的兆瓦级风机模拟方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于加速度观测的兆瓦级风机模拟方法，包含以下步骤：

步骤1、建立基于Luenberger观测器的风力机模拟器加速度观测器模型，其传递函数Φ(s)，输入发电机转速ω_g，输出加速度观测值β；

步骤2、确定风力机模拟器传动链模型的常量参数，该常量参数为风力机模拟器的转动惯量J_s，确定被模拟风力机的基本参数，包括风力机转动惯量J_t、齿轮箱变比n_g；

步骤3、建立转动惯量补偿转矩模型，求解惯量补偿转矩T_comp；

步骤4、根据风机模拟器模拟转矩公式，得到包含转动惯量补偿转矩的T_s，将其作为风力机模拟器电动机的参考转矩，从而完成对实际风力机的转矩输出模拟，其中风力机模拟器转矩模拟公式中引入了步骤3中的风力机模拟器传动链摩 擦力矩模型。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明首次提出了一个基于加速度观测的兆瓦级风机模拟方法，解决了模拟器模拟大转动惯量风机时失稳的问题；2)本发明公开了基于加速度观测的兆瓦级风机模拟方法的详细步骤，简单易行且能够保证风力机模拟器模拟更大转动惯量的风力机的同时，更加准确复现实际风力机的慢动态。

附图说明

图1为本发明的基于加速度观测的兆瓦级风机模拟方法的流程图。

图2为实际风力机传动链单质量模型。

图3为含Luenberger加速度观测器的风力机模拟器模型。

图4为Luenberger加速度观测器的基本结构。

图5为本发明的具体实施例的模拟器结构图。

图6为观测器的有效性测试的实验结果。

图7为采用Luenberger加速度观测器后进行模拟有效性测试的实验结果，其中图(a)是模拟器与FAST仿真的转速对比图，图(b)为一组有效模拟实验的风机转速、叶尖速比λ和风能利用系数C_p的曲线。

具体实施方式

本发明提供了一种基于加速度观测的兆瓦级风机模拟方法，该方法利用Luenberger观测器根据输入的发电机实时转速求解角加速度估计值，用于惯量补偿转矩的计算，很好地解决了风力机模拟器模拟实际风力机时失稳的问题，极大地提高模拟器的性能，可以用于通过风力机模拟器进行实际风机的研究。

本发明的一种基于加速度观测的兆瓦级风机模拟方法，包含以下步骤：

步骤1、建立基于Luenberger观测器的风力机模拟器加速度观测器模型，其传递函数为Φ(s)，输入发电机转速ω_g，输出加速度观测值β；

所述风力机模拟器加速度观测器传递函数Φ(s)为：

式中，反馈增益系数K_P和积分系数K_i是常量参数。

步骤2、确定风力机模拟器传动链模型的常量参数，该常量参数为风力机模 拟器的转动惯量J_s；确定被模拟风力机的基本参数，包括风力机转动惯量J_t、齿轮箱变比n_g；

所述风力机模拟器传动链模型为: