技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于風(fēng)力機(jī)模擬器領(lǐng)域，特別是一種考慮阻尼補(bǔ)償?shù)恼淄呒夛L(fēng)機(jī)模擬方法。

背景技術(shù)

風(fēng)力機(jī)模擬器(Wind Turbine Simulator,WTS)作為模擬風(fēng)力機(jī)的輸出特性的有效可靠的工具，可以在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下預(yù)先驗(yàn)證風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(WECS)的控制策略。現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)是研究風(fēng)力發(fā)電技術(shù)必要的途徑，風(fēng)力機(jī)模擬器最大程度的還原了風(fēng)力發(fā)電機(jī)現(xiàn)場，節(jié)約了經(jīng)濟(jì)和時(shí)間的成本，而且實(shí)驗(yàn)不受氣象等外部條件的影響，極大地降低了風(fēng)力發(fā)電技術(shù)研究的成本和難度。風(fēng)力機(jī)模擬器可以用于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)研究的各個(gè)鄰域，包括風(fēng)輪機(jī)葉片氣動設(shè)計(jì)、風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的控制策略驗(yàn)證、風(fēng)儲聯(lián)合平臺搭建、風(fēng)電并網(wǎng)等技術(shù)研究，對整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)研究都有著重大的科研意義。

風(fēng)力機(jī)模擬器實(shí)際的物理結(jié)構(gòu)與真實(shí)的風(fēng)力機(jī)差別還是很大，在模擬實(shí)際風(fēng)輪的大轉(zhuǎn)動慣量導(dǎo)致的慢動態(tài)特性上具有比較大的難度，傳統(tǒng)模擬器一般采取轉(zhuǎn)動慣量補(bǔ)償策略來還原實(shí)際風(fēng)力機(jī)的慢機(jī)械特性，從而能夠模擬幾倍于自身的風(fēng)機(jī)，但是往往忽略了傳動鏈的阻尼摩擦，或者簡單將其建模為與轉(zhuǎn)速相關(guān)的一次線性表達(dá)，這些方法使得模擬器在模擬輸出特性的精度和可靠性方面都有所欠缺，比如不采用阻尼補(bǔ)償導(dǎo)致模擬器的風(fēng)能捕獲效率過低，簡單的采用一次線性補(bǔ)償導(dǎo)致模擬器的某些電氣參數(shù)又高于實(shí)際指標(biāo)，而且目前方法無法準(zhǔn)確的模擬更大功率風(fēng)機(jī)的輸出特性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種風(fēng)力機(jī)模擬器的考慮阻尼補(bǔ)償?shù)恼淄呒夛L(fēng)機(jī)模擬方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種風(fēng)力機(jī)模擬器的考慮阻尼補(bǔ)償?shù)恼淄呒夛L(fēng)機(jī)模擬方法，包含以下步驟：

步驟1、建立風(fēng)力機(jī)模擬器傳動鏈摩擦力矩模型T_Ks(ω)，ω為風(fēng)力機(jī)模擬器軸系轉(zhuǎn)速；

步驟2、確定風(fēng)力機(jī)模擬器傳動鏈模型的常量參數(shù)，該常量參數(shù)為風(fēng)力機(jī)模擬器的轉(zhuǎn)動慣量J_s；

步驟3、確定被模擬風(fēng)力機(jī)的基本參數(shù)，包括風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)動慣量J_t、風(fēng)力機(jī)傳動鏈摩擦力矩T_Kt(ω)和齒輪箱變比n_g；

步驟4、根據(jù)風(fēng)機(jī)模擬器模擬轉(zhuǎn)矩公式和縮放后的實(shí)際風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)矩公式，得到包含將實(shí)際風(fēng)機(jī)阻尼轉(zhuǎn)矩縮放后的T_s，將其作為風(fēng)力機(jī)模擬器電動機(jī)的參考轉(zhuǎn)矩，從而完成對實(shí)際風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出模擬，其中風(fēng)力機(jī)模擬器轉(zhuǎn)矩模擬公式中引入了步驟1中的風(fēng)力機(jī)模擬器傳動鏈摩擦力矩模型。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：1)本發(fā)明首次提出了一個(gè)風(fēng)力機(jī)模擬器的考慮阻尼補(bǔ)償?shù)恼淄呒夛L(fēng)機(jī)模擬方法，解決了模擬器無法模擬大功率風(fēng)機(jī)輸出特性的問題；2)本發(fā)明公開了風(fēng)力機(jī)模擬器的考慮阻尼補(bǔ)償?shù)恼淄呒夛L(fēng)機(jī)模擬方法的詳細(xì)步驟，簡單易行且，能夠保證風(fēng)力機(jī)模擬器模擬更大轉(zhuǎn)動慣量的風(fēng)力機(jī)的同時(shí)，更加準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)實(shí)際風(fēng)力機(jī)的慢動態(tài)特性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的風(fēng)力機(jī)模擬器的考慮阻尼補(bǔ)償?shù)恼淄呒夛L(fēng)機(jī)模擬方法的流程圖。

圖2為實(shí)際風(fēng)力機(jī)傳動鏈單質(zhì)量模型。

圖3為基于縮放比的傳動鏈模擬器數(shù)學(xué)模型

圖4為本發(fā)明的具體實(shí)施例的模擬器結(jié)構(gòu)圖。

圖5為在縮放因子S＝50的條件下根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果按兩種方法擬合的阻尼特性。

圖6為未采用和分別采用了兩種阻尼補(bǔ)償方法后在湍流風(fēng)速下風(fēng)力機(jī)模擬器WTS和仿真軟件FAST的轉(zhuǎn)速軌跡圖，其中圖(a)是未進(jìn)行阻尼補(bǔ)償?shù)姆抡鎸?shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速對比，圖(b)是線性補(bǔ)償與FAST仿真對比，圖(c)是非線性補(bǔ)償與FAST仿真對比。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種適用于模擬兆瓦級風(fēng)力機(jī)的考慮阻尼補(bǔ)償?shù)哪M方法。通過等比縮放的方法，能夠模擬大功率風(fēng)力機(jī)，同時(shí)采用非線性阻尼補(bǔ)償策略使得風(fēng)力機(jī)模擬器能夠更加準(zhǔn)確可靠的模擬大功率風(fēng)力機(jī)輸出特性。

本發(fā)明的一種風(fēng)力機(jī)模擬器的考慮阻尼補(bǔ)償?shù)恼淄呒夛L(fēng)機(jī)模擬方法，包括以下步驟：

步驟1、建立風(fēng)力機(jī)模擬器傳動鏈摩擦力矩模型T_Ks(ω)，其中ω為風(fēng)力機(jī)模擬器軸系轉(zhuǎn)速；所述風(fēng)力機(jī)模擬器傳動鏈摩擦力矩模型T_Ks(ω)為：

式中，N表示擬合階數(shù)，a_i表示擬合多項(xiàng)式的系數(shù)，i為多項(xiàng)式系數(shù)的下標(biāo)。

步驟2、確定風(fēng)力機(jī)模擬器傳動鏈模型的常量參數(shù)，該常量參數(shù)為風(fēng)力機(jī)模擬器的轉(zhuǎn)動慣量J_s；所述風(fēng)力機(jī)模擬器傳動鏈模型為: