[发明专利]风力发电机的子系统动态特征的仿真方法及仿真设备

说明书

本发明公开一种风力发电机的子系统动态特征的仿真方法及仿真设备，所述仿真方法包括：根据整机载荷工况下的整机载荷计算结果，提取边界条件参数；利用数据转换工具对提取的边界条件参数进行数据转换；利用通用多体动力学工具建立风力发电机的子系统模型；将转换后的边界条件参数施加到风力发电机的子系统模型，利用通用多体动力学工具针对整机载荷工况进行计算以获取动态特征。本发明在不建立整机模型的情况下，结合变复杂度的子系统和整机模型的耦合特点，提供快速、精确地计算子系统的内部动态特征的方法。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域。更具体地，本发明涉及一种用于风力发电机的子系统动态特征的仿真方法及仿真设备。

背景技术

当前风电机组载荷评估标准只针对整机关键载荷，未对子系统的载荷分析提出强制要求，而且当前行业内应用较多的分析工具大都基于简化模型，不能精确分析机组子系统内部的动态载荷。这里，简化模型是指在建模时除了诸如质量、转动惯量的必要的信息外，没有考虑子系统内的各部件的诸如齿轮结构、轴承刚度等的特征，因此，简化模型不能评估子系统内的各部件的详细的动态特征。

另外，随着机组容量的增大，诸如变桨系统、偏航系统等的子系统之间以及其与风电机组整机之间的相互耦合越来越明显。因此，需要建立诸如变桨系统、偏航系统的子系统的准确、详细的动力学模型，并对其展开动态特征评估。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风力发电机的子系统动态特征的仿真方法及仿真设备。通过所述仿真方法及仿真设备可以解决包括简化子系统的整机模型在载荷计算过程中无法获取子系统内的各部件的动态特征的问题，也可解决包括详细的子系统模型的整机模型在载荷计算过程中进行大规模工况计算效率低下、无法快速进行设计迭代的问题。

根据本发明的一个总的方面，本发明提供一种风力发电机的子系统动态特征的仿真方法，所述仿真方法包括：根据整机载荷工况下的载荷计算结果，提取边界条件参数；利用数据转换工具对提取的边界条件参数进行数据转换；利用通用多体动力学工具建立风力发电机的子系统模型；将转换后的边界条件参数施加到风力发电机的子系统模型，利用通用多体动力学工具进行计算以获取动态特征。

优选地，边界条件参数包括工况设置参数、边界载荷、控制信号和风力发电机运行参数。

优选地，利用数据转换工具对提取的边界条件参数进行数据转换的步骤包括：利用数据转换工具将边界条件参数处理为通用多体动力学工具能够识别的参数或输入文件。

优选地，利用通用多体动力学工具建立风力发电机的子系统模型包括：建立风力发电机的变桨系统模型和/或风力发电机的偏航系统模型。

优选地，基于风力发电机的子系统的各部件的结构特征利用通用多体动力学工具建立风力发电机的子系统模型。

优选地，建立风力发电机的变桨系统模型的步骤包括：建立齿轮变桨系统模型、建立齿形带变桨系统模型和/或建立液压变桨系统模型。

优选地，建立齿轮变桨系统模型时，所述结构特征包括：齿轮特征、变桨轴承特征和变桨摩擦力矩，其中，所述齿轮特征包括其模数、齿数、分度圆直径和变位系数。

优选地，建立齿形带变桨系统模型时，所述结构特征包括：驱动轮特征、张紧轮特征、齿形带特征、变桨控制信号和变桨轴承特征，其中，所述齿形带特征包括线密度、拉伸刚度、预紧力、剪切层宽度、剪切层厚度以及所述齿形带与所述驱动轮和张紧轮的接触特征参数，所述驱动轮特征和张紧轮特征包括其转动惯量、尺寸、刚度、阻尼和摩擦参数，所述变桨轴承特征包括摩擦力矩公式参数和轴承各个方向的刚度特性参数。

优选地，建立液压变桨系统模型时，所述结构特征包括：液压装置特征。

优选地，建立齿轮变桨系统模型时，所述结构特征还包括齿轮的柔度特征。