风力发电机组的变桨仿真平台的制作方法

[0001]
本实用新型涉及风力发电仿真设备领域，特别涉及一种风力发电机组的变桨仿真平台。


背景技术：

[0002]
变桨系统作为大型风力发电机组控制系统的核心部分之一，对机组安全、稳定、高效的运行具有十分重要的作用。变桨控制技术简单来说，就是通过调节桨叶的节距角，改变气流对桨叶的攻角，进而控制风轮捕获的气动转矩和气动功率。
[0003]
稳定的变桨控制已成为当前大型风力发电机组控制技术研究的热点和难点之一，当变桨系统的软件设计完成之后，必须结合实物的试验台才能完成系统测试和控制参数标定，这不仅延长了研发时间，而且对于不成熟的控制软件还存在着破坏变桨系统的风险。


技术实现要素：

[0004]
本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中需要结合实物的试验台测试变桨系统的软件导致研发时间长、存在破坏变桨系统风险的缺陷，提供一种风力发电机组的变桨仿真平台。
[0005]
本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
[0006]
一种风力发电机组的变桨仿真平台，包括控制器和仿真机，所述仿真机包括变桨系统模型、桨叶模型和采集模型，所述控制器与所述仿真机连接；
[0007]
所述控制器用于向所述变桨系统模型发送控制指令；
[0008]
所述变桨系统模型用于根据所述控制指令驱动所述桨叶模型中的桨叶旋转；
[0009]
所述采集模型用于采集所述桨叶的位置和速度，并将所述桨叶的位置和速度发送至所述控制器。
[0010]
较佳地，所述变桨系统模型包括液压缸、比例阀、液压泵、油箱和变桨锁；
[0011]
所述比例阀的进油口与所述液压泵连接，第一工作油口与所述液压缸的第一腔体连接，第二工作油口与所述液压缸的第二腔体连接，回油口与所述油箱连接，所述液压泵还分别与所述变桨锁和所述油箱连接；
[0012]
所述变桨锁还与所述控制器连接，所述液压缸与所述桨叶连接，所述采集模型用于根据所述液压缸的状态计算所述桨叶的位置和速度；
[0013]
所述控制指令包括所述比例阀的开度指令。
[0014]
较佳地，所述变桨系统模型还包括：
[0015]
第一开关阀，串联于所述比例阀的第一工作油口与所述液压缸的第一腔体之间；
[0016]
和第二开关阀，串联于所述比例阀的第二工作油口与所述液压缸的第二腔体之间；
[0017]
所述控制指令还包括所述第一开关阀和所述第二开关阀的开关指令。
[0018]
较佳地，所述变桨系统模型包括电机、驱动器和电机编码器；
[0019]
所述电机分别与所述驱动器、所述电机编码器以及所述桨叶连接；
[0020]
所述控制指令包括所述电机的位置指令；
[0021]
所述采集模型用于根据所述电机编码器的检测量计算所述桨叶的位置和速度。
[0022]
较佳地，所述变桨系统模型用于读取载荷数据，并根据所述控制指令和所述载荷数据驱动所述桨叶旋转。
[0023]
较佳地，所述控制器与所述仿真机之间通过无线方式进行通讯。
[0024]
较佳地，所述控制器与所述仿真机之间通过总线进行通讯。
[0025]
较佳地，所述控制器与所述仿真机之间通讯的周期为1ms。
[0026]
较佳地，所述控制器为plc(可编程逻辑控制器)。
[0027]
较佳地，所述仿真机为工控机或plc。
[0028]
本实用新型的积极进步效果在于：控制器向仿真机发送控制指令，仿真机接收到控制器发送的控制指令后，变桨系统模型根据所述控制指令运行，驱动桨叶模型中的桨叶进行旋转，从而实现模拟变桨的动态特性，采集模型实时向控制器反馈桨叶的位置和速度，实现了验证控制器中控制软件的测试效果，避免了在控制策略或控制参数有误的情况下进行实物测试带来的风险，缩短了研发时间，节约了研发成本，同时也提高了系统的安全性。
附图说明
[0029]
图1为本实用新型实施例提供的一种风力发电机组的变桨仿真平台的结构框图。
[0030]
图2为本实用新型实施例提供的一种液压变桨的变桨系统模型的简化结构框图。
[0031]
图3为本实用新型实施例提供的另一种液压变桨的变桨系统模型的简化结构框图。
[0032]
图4为本实用新型实施例提供的一种电动变桨的变桨系统模型的简化结构框图。
具体实施方式
[0033]
下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型。
[0034]
本实施例提供一种风力发电机组的变桨仿真平台10，如图1所示，包括控制器11和仿真机12，仿真机12包括变桨系统模型121、桨叶模型122和采集模型123，控制器11与仿真机12连接。
[0035]
所述控制器用于向所述变桨系统模型发送控制指令。在具体实施中，控制器可以采用plc。
[0036]
所述变桨系统模型用于根据所述控制指令驱动所述桨叶模型中的桨叶旋转。
[0037]
所述采集模型用于采集所述桨叶的位置和速度，并将所述桨叶的位置和速度发送至所述控制器。
[0038]
需要说明的是，仿真机包括变桨系统模型、桨叶模型和采集模型是指，将变桨系统模型、桨叶模型和采集模型生成可执行代码，并下载到仿真机中进行运行。在具体实施中，可以使用matlab/simulink建立变桨系统模型、桨叶模型和采集模型。其中，仿真机中可执行代码的运行周期需要与 matlab/simulink的仿真周期保持一致，例如运行周期和仿真周期均为1ms。
[0039]
在可选的一些实施方式中，仿真机可以采用工控机即工业控制计算机，也可以采
用plc。
[0040]
本实施方式中，控制器向仿真机发送控制指令，仿真机接收到控制器发送的控制指令后，变桨系统模型根据所述控制指令运行，驱动桨叶模型中的桨叶进行旋转，从而实现模拟变桨的动态特性，采集模型实时向控制器反馈桨叶的位置和速度，实现了验证控制器中控制软件的测试效果，避免了在控制策略或控制参数有误的情况下进行实物测试带来的风险，缩短了研发时间，节约了研发成本，同时也提高了系统的安全性。
[0041]
在可选的一种实施方式中，所述控制器与所述仿真机之间通过无线方式进行通讯。在一个例子中，控制器和仿真机采用udp(user datagram protocol，用户数据报协议)通讯，二者之间无线连接，通过发送ip数据包的方式进行通讯。
[0042]
在可选的另一种实施方式中，所述控制器与所述仿真机之间通过总线进行通讯。在一个例子中，控制器与仿真机都包括powerlink接口，二者通过powerlink总线进行通讯连接。
[0043]
在可选的一种实施方式中，控制器与仿真机之间通讯的周期为1ms。
[0044]
在可选的一种实施方式中，上述变桨系统模型用于读取载荷数据，并根据所述控制指令和所述载荷数据驱动所述桨叶旋转。本实施方式中，读取不同的载荷数据，以验证不同载荷情况下控制器的控制参数。
[0045]
在具体实施中，上述变桨系统模型可以为液压变桨，也可以为电动变桨。
[0046]
图2是用于示出一种液压变桨的变桨系统模型的简化结构框图。下面以液压变桨为例对变桨仿真平台进行具体说明。
[0047]
如图2所示，变桨系统模型包括液压缸、比例阀、液压泵、油箱和变桨锁。
[0048]
所述比例阀的进油口即p口与所述液压泵连接，第一工作油口即a口与所述液压缸的第一腔体连接，第二工作油口即b口与所述液压缸的第二腔体连接，回油口即t口与所述油箱连接，所述液压泵还分别与所述变桨锁和所述油箱连接。在一个例子中，第一腔体为a腔，第二腔体为b腔。
[0049]
所述液压泵与所述变桨锁连接，用于将油箱中的油泵入所述变桨锁内。所述变桨锁默认处于锁定状态，当所述液压泵泵入所述变桨锁内的油量达到一定程度时，所述变桨锁从锁定状态变为打开状态。另外，当变桨系统模型泄压的时候变桨锁锁定。
[0050]
所述变桨锁与所述控制器连接，当控制器检测到所述变桨锁变为打开状态时，所述控制器向所述比例阀发送开度指令。
[0051]
所述液压泵用于将油箱中的油泵入所述液压缸内，所述液压缸与所述桨叶连接，所述采集模型用于根据所述液压缸的状态计算所述桨叶的位置和速度。在一个具体的例子中，采集模型根据液压缸的长度计算桨叶的位置和速度。
[0052]
图3是用于示出另一种液压变桨的变桨系统模型的简化结构框图。在图 2所示例子的基础上，变桨系统模型还包括第一开关阀和第二开关阀，如图 3所示。第一开关阀串联于所述比例阀的第一工作油口即a口与所述液压缸的第一腔体之间，第二开关阀，串联于所述比例阀的第二工作油口即b口与所述液压缸的第二腔体之间。
[0053]
当控制器检测到所述变桨锁变为打开状态时，所述控制器除了向所述比例阀发送开度指令以外，还向所述第一开关阀和所述第二开关阀发送开关指令。
[0054]
在可选的一种实施方式中，上述液压变桨的变桨系统模型还包括蓄能器，液压泵
用于将油箱中的油泵入蓄能器中，蓄能器还用于向变桨锁和液压缸中提供油。需要说明的是，通常情况下是利用液压泵将油箱中的油泵入变桨锁和液压缸中，本实施方式中设置蓄能器的目的是平滑变桨系统内的压力波动，同时保证紧急顺桨工况下有足够的能量。
[0055]
图4是用于示出一种电动变桨的变桨系统模型的简化结构框图。下面以电动变桨为例对变桨仿真平台进行具体说明。
[0056]
如图4所示，变桨系统模型包括电机、驱动器和电机编码器。所述电机分别与所述驱动器、所述电机编码器以及所述桨叶连接。
[0057]
所述控制指令包括所述电机的位置指令，具体地，控制器向驱动器发送电机的位置指令，以驱动电机转动至目标位置。
[0058]
所述采集模型用于根据所述电机编码器的检测量计算所述桨叶的位置和速度。具体实施中，电机编码器用于检测电机的位置和速度，根据电机的位置和速度计算桨叶的位置和速度。
[0059]
本实施方式中，驱动器也可以称为变频器、伺服控制器等，用于驱动电机旋转。
[0060]
虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。