[发明专利]一种精细化风能转换系统的实时联合仿真平台及仿真方法

权利要求书

1.一种精细化风能转换系统的实时联合仿真平台，其特征是，包括：实时主机及实时数字仿真器RTDS；

所述实时主机中运行有适用于实时操作系统的OpenFAST软件、运行在实时线程下的实时控制器以及开源实时网络协议栈RTnet；

所述OpenFAST软件中建立风机气动与机械部分的模型；

所述RTDS中建立有风电机组的电气部分模型，其中采用RTDS模拟变流器的开关动态与发电机的电磁暂态；

OpenFAST软件与实时控制器两者之间采用共享内存变量方式进行数据交互，实时主机通过RTnet与RTDS之间进行实时双向通信，构成完整的闭环仿真；

所述实时主机中加入RTnet，并以在RTnet下实现的UDP通讯协议作为实时主机与RTDS交互数据的通讯协议，实现两者的实时通信；

所述实时主机通过Xenomai实时扩展程序将原生的Linux操作系统扩展为硬实时操作系统，通过为OpenFAST软件编写实时调度代码来实现OpenFAST软件在实时主机上实时运行；

所述实时操作系统通过Xenomai修改原生非实时Linux内核，为原生Linux内核加入实时微内核扩展，此微内核通过进程优先级调度系统进程，从而保证用户定义实时应用程序运行过程中不会被任何低于其优先级的程序中断。

2.如权利要求1所述的一种精细化风能转换系统的实时联合仿真平台，其特征是，通过在实时主机中开辟新的实时线程来调度实时控制器的运行，保证风机控制器运行在硬实时条件下。

3.如权利要求1所述的一种精细化风能转换系统的实时联合仿真平台，其特征是，所述OpenFAST软件中建立有湍流风模型、风机气动模型以及风机机械模型；RTDS中建立有风电机组的电气部分模型，其中采用RTDS模拟变流器的开关动态与发电机的电磁暂态。

4.如权利要求1所述的一种精细化风能转换系统的实时联合仿真平台，其特征是，RTDS中建立有风电机组的电气部分模型包括：

发电机模型、背靠背变流器模型，以及大小步长中间采用的接口变压器；在RTDS中还包括机组升压变压器、三相线路、故障模拟电路、电网负载模型以及变流器控制模块、机组启停控制模块和与外部设备交互逻辑控制模块。

5.如权利要求1所述的一种精细化风能转换系统的实时联合仿真平台，其特征是，所述RTDS通过GTNET在指定的时间内向外发送浮点数据，同时RTDS通过GTNET接收外部设备发送的数据。

6.如权利要求1所述的一种精细化风能转换系统的实时联合仿真平台，其特征是，所述RTDS提供数模接口，通过数模接口直接控制变流器开关信号，从而进行设备级的硬件在环仿真。

7.一种精细化风能转换系统的实时联合仿真方法，采用了权利要求1-6任一项所述的实时 联合仿真平台，其特征是，包括：

风机桨距角控制步骤和风机最大功率跟踪控制步骤；

风机桨距角控制步骤：通过共享内存变量，将桨距角参考值传递到OpenFAST软件中；

具体的，桨距角控制器通过将高速轴转速与额定转速比较，若高速轴转速小于额定转速，则其输出的控制值为0，若高速轴转速大于额定转速，则其通过PI控制来计算其控制值；桨距角控制的目的是在风轮转速较低时不动作，在风轮转速较大时，调整风轮转速至额定值；

风机最大功率跟踪控制步骤：通过RTnet将电磁转矩参考值传递到RTDS 中，在风轮转速低于额定值时，通过风机的静态气动特性，计算最优匹配功率，计算最优转矩，从而控制电气模块中的功率。