[发明专利]基于无速度传感器地面试验台的风机机械动态模拟方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于无速度传感器地面试验台的风机机械动态模拟方法及系统。该方法在现有引入高阶滤波器的含时滞的风电机组试验台离散化模型的基础上，改变转矩补偿回路中加速度的观测方式，通过对风电机组全功率地面试验台和要模拟的风力机进行测试得到两者的转动惯量，其次获取试验台电动机驱动转矩响应值和发电机电磁转矩响应值，通过计算两者差值并除以试验台整体的转动惯量进行加速度观测，最后基于加速度进行惯量补偿。与传统基于转速差分的转动惯量补偿策略相比，本发明无需安装高精度转速传感器就可实现转动惯量补偿策略，使得全功率试验台能够稳定模拟大转动惯量的风力机，协助科研人员在实验室环境中开展风力机发电、控制、涉网等实验。

技术领域

本发明属于风力机模拟器领域，特别涉及一种基于无速度传感器地面试验台的风机机械动态模拟方法及系统。

背景技术

风力发电技术的健康快速发展离不开大量的试验测试和试验验证。由于在实际的风场开展实验极其困难且耗费时间，风电机组全功率地面试验台使得研究人员在实验室开展风力机实验成为可能。然而试验台的转动惯量要小于实际风力机的转动惯量，为了能使试验台复现实际风力机的慢动态机械特性，目前主流的解决方案是采用转动惯量补偿策略对试验台的转动惯量进行虚拟补偿。

目前的转动惯量补偿策略普遍通过转速差分的方法求取加速度进而实现转动惯量补偿。该方法需要对试验台转速进行高精度测量，若转速测量误差较大极易引起补偿策略的失败。对于小容量的风电机组地面试验台而言，由于其体积较小，往往用于模拟风电机组高速侧的转速情况，其转速较高(1500rpm左右)，便于安装转速传感器以实现转速高精度测量，进而能够实现基于转速差分方法的转动惯量补偿策略。但是MW级全功率地面试验台的转速相对要低很多。以金风科技6MW全功率风电机组试验台为例，试验台采用直驱发电机型，其转速范围仅在0～20rpm之间，同时受到现场电磁干扰的严重影响，转速不容易准确测量，这势必会影响现有转动惯量补偿策略算法的实现。

此外，在试验台上实现基于转速差分的转动惯量补偿策略时，在求取加速度时会引入一步加速度观测时滞，同时试验台也存在通信时滞，而这两种时滞会降低试验台的转动惯量模拟倍数(时滞存在的情况下，试验台转动惯量最大模拟倍数仅为2)，当风力机的转动惯量大于试验台转动惯量的2倍时，试验台会振荡失稳。

基于上述情况，目前迫切需要一种基于无速度传感器地面试验台的风机机械动态模拟方法，对于全功率地面试验台而言，在无需引入转速传感器的同时，也能够准确消除时滞对试验台稳定性的影响，从而使得试验台能够模拟更大转动惯量倍数的风力机。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的问题，提供一种基于无速度传感器地面试验台的风机机械动态模拟方法及系统。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于无速度传感器地面试验台的风机机械动态模拟方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，对风电机组全功率地面试验台进行测试，确定试验台的转动惯量J_s；

步骤2，确定地面试验台所要模拟的风力机机型，确定风力机的转动惯量J_t；

步骤3，采集地面试验台电动机驱动转矩响应值T_s和发电机电磁转矩响应值T_g；

步骤4，求取地面试验台转速加速度α_comp；

步骤5，求取补偿转矩T_comp同时构建滤波器，实现转动惯量补偿策略，使试验台能稳定模拟大倍数转动惯量的风力机。

进一步地，步骤4中所述试验台转速加速度α_comp的计算公式为：

进一步地，步骤5中所述补偿转矩T_comp的计算公式为：