[发明专利]风电机组偏航系统与变桨系统精细化实时仿真平台和方法

摘要

本发明提供一种风电机组偏航系统与变桨系统精细化实时仿真平台及方法，所述方法为：在GH Bladed软件中建立风电机组的风模型、机械部分模型、气动模型及偏航系统机械部分模型；在RTDS中建立风电机组的电气部分模型、变桨系统模型、偏航系统电气及控制部分模型；变桨系统模型包括变桨控制单元、变桨电机及变频器主电路、变桨执行机构，偏航系统模型包括偏航控制单元、偏航电机及变频器主电路；所述的GH Bladed软件与RTDS之间通过通信PLC进行实时的变量交互和通信，实现完整的实时闭环仿真。本发明详细考虑变桨动态和偏航动态的风电机组整机模型，能很好的满足变桨系统和偏航系统的研究需要，精确程度提高。

主权项

1.一种风电机组偏航系统与变桨系统精细化实时仿真方法，其特征在于：在GH Bladed软件中建立风电机组的风模型、机械部分模型、气动模型及偏航系统机械部分模型；在实时数字仿真仪RTDS中建立风电机组的电气部分模型、变桨系统模型、偏航系统电气及控制部分模型、风机主控单元；所述变桨系统模型包括：变桨控制单元、变桨电机及变频器主电路、变桨执行机构，这些部分均建立在RTDS中，但变桨执行机构所需的变桨负载力矩由GH Bladed软件提供；所述偏航系统电气及控制部分模型包括偏航控制单元、偏航电机及变频器主电路；所述的GH Bladed软件与RTDS之间通过通信可编程逻辑控制器PLC进行实时的变量交互和通信，实现完整的实时闭环仿真；所述精细化实时仿真过程中，数据实时传递，其中最基本的数据流向形成3条闭环，分别为：第1条：GH Bladed软件中的发电机实时转速ω_g通过通信PLC传递给RTDS后直接作为RTDS中发电机的转速输入，RTDS中发电机实时转矩T_g通过通信PLC传递给GH Bladed软件直接作为GH Bladed软件中当前的发电机转矩，形成第1条闭环；第2条：GH Bladed软件输出的偏航误差通过PLC传递给RTDS，经过风机主控单元控制算法后，产生偏航系统电气及控制部分模型的偏航指令，RTDS中偏航系统电气及控制部分模型输出的偏航电机转矩通过通信PLC传递给GH Bladed软件直接作为GH Bladed软件中当前的偏航作动器转矩，形成第2条闭环；第3条：RTDS经由通信PLC接收桨叶当前桨距角，同时通过通信PLC为RTDS提供当前的变桨负载力矩，形成第3条闭环；如果采用独立变桨系统，第3条闭环拆分为3个独立的闭环；计算机与通信PLC之间采用基于TCP/IP的双向数据通信，其中由GH Bladed软件流向通信PLC的变量包括：风速信号、偏航误差、发电机转速信号、发电机功率信号、桨叶的变桨负载力矩、机舱轴线与正北方向夹角；由通信PLC流向GH Bladed软件的变量包括：桨叶的桨距角、发电机的电磁转矩和偏航作动器转矩；所述RTDS中电气部分模型，包括发电机、变流器及其保护电路、变流器控制单元、机组升压变压器、线路、风场升压变压器、故障模拟电路以及电网；其中，所述发电机和变流器拓扑根据机组类型选取；所述故障模拟电路位于升压变低压母线上，用于模拟故障发生进行低电压穿越测试；所述发电机、变流器、网侧滤波器及机组升压变压器建立在小步长模型中，所述线路、风场升压变压器、故障模拟电路、电网建立在大步长模型中；所述变桨系统模型分为统一变桨系统模型和独立变桨系统模型，统一变桨系统模型中三个桨叶共用一套变桨执行机构，此时的变桨负载为3个桨叶的变桨负载力矩之和；独立变桨系统模型中各个桨叶由独立的变桨执行机构驱动；所述RTDS中风机主控单元，实现以下功能：控制机组的启动、并网、停机；机组的偏航对风及解缆控制；按上级功率指令方式或机组最大功率跟踪方式，分别为变流器和变桨系统发送功率指令和桨距角指令，控制机组变速变桨运行；机组监测与保护；机组故障诊断与智能维护；风机主控单元接收输入的发电机转速、电功率及偏航误差信号，通过主控算法为所述RTDS中变流器控制单元提供转矩及无功指令，为变桨系统提供桨距角指令，为偏航系统提供偏航指令；对于独立变桨系统，风机主控单元提供各个桨叶独立的桨距角指令。