一种风力发电机组变桨系统电机和驱动器的选型方法技术方案

一种风力发电机组变桨系统电机和驱动器的选型方法，在仿真平台建立仿真模型，并进行仿真计算，输出各工况下叶根载荷数据时序文件；分别计算各个工况下每个时序文件的桨叶叶根转矩、桨叶转速、桨叶机械功率的1s均方根值时序，计算各个工况下每个时序文件的桨叶叶根转矩、桨叶转速、桨叶机械功率的600s均方根值时序；绘制转矩‑转速散点图中点的包络线，根据包络线选择变桨电机和驱动器，1s均方根值用来确定极限参数，即电机的最大扭矩以及最大扭矩时对应的驱动器的短时输出最大电流参数；600s均方根值用来确定额定参数，即电机的额定扭矩以及额定扭矩时对应的驱动器的额定输出电流参数。本发明专利技术解决了确定风力发电机组变桨电机和驱动器的选型问题。

【技术实现步骤摘要】
一种风力发电机组变桨系统电机和驱动器的选型方法
本专利技术属于风力发电
，尤其涉及一种风力发电机组变桨系统电机和驱动器的选型方法。
技术介绍
经过近十多年我国风电技术的迅速发展，风电机组逐渐向单机大容量、大叶片的方向发展，也面临着降本高效的整机制造压力。变桨控制系统是MW级以上风力发电机组控制和保护的重要装置，是风机停机的主刹车系统，对整机的运行安全至关重要。电机和驱动器是风力发电机变桨系统的主要功率器件，以往仅简单以变桨系统最大驱动扭矩和额定驱动扭矩来选择变桨系统电机的变桨系统设计方式逐渐不能满足需要。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种风力发电机组变桨系统电机和驱动器的选型方法，以解决现有方法不能精确计算并确定风力发电机组变桨电机和驱动器参数，进而造成变桨电机和驱动器选型不合适，变桨系统工作不可靠或裕量过大造成系统成本高的问题。为解决以上问题，本专利技术的方法包括以下步骤：一种风力发电机组变桨系统电机和驱动器的选型方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：根据风力发电机组部件参数，在仿真平台建立风力发电机组的仿真模型；步骤2：按照IEC61400-1标准和GL规范(GuidelinefortheCertificationofWindTurbines，风机认证指南)(注：GL是德国劳氏船级社，风机认证指南阐述了德国劳氏(GL)对风电机组认证的技术要求，德国劳氏船级社风机认证指南在本申请中亦简称GL规范)进行风力发电机组工况设置并进行仿真计算，输出各工况下桨叶叶根载荷数据时序文件；每一个载荷时序文件中包括的仿真数据有时间数据、桨叶位置数据、桨叶转速数据、桨叶叶根转矩数据，仿真数据为变桨电机侧的高速轴数据；步骤3：分别计算各个工况下每个载荷时序文件的桨叶叶根转矩、桨叶转速、桨叶机械功率的1s均方根值时序，并分别取出每个载荷时序文件的1s均方根值时序的桨叶叶根转矩最大时桨叶叶根转矩以及其对应的桨叶转速和桨叶机械功率、桨叶转速最大时桨叶转速以及其对应的桨叶叶根转矩和桨叶机械功率、桨叶机械功率最大时机械功率以及其对应的桨叶叶根转矩和桨叶转速共三组数据；分别计算各个工况下每个时序文件的桨叶叶根转矩、桨叶转速、桨叶机械功率的600s均方根值时序，并分别取出每个时序文件的600s均方根值时序的桨叶叶根转矩最大时桨叶叶根转矩以及其对应的桨叶转速和桨叶机械功率、桨叶转速最大时桨叶转速以及其对应的桨叶叶根转矩和桨叶机械功率、桨叶机械功率最大时机械功率以及其对应的桨叶叶根转矩和桨叶转速共三组数据；步骤4：把每个工况输出的1s均方根值三组数据中的桨叶叶根转矩、桨叶转速在转矩-转速坐标系中绘制散点图；把每个工况输出的600s均方根值三组数据中的桨叶叶根转矩、桨叶转速在转矩-转速坐标系中绘制散点图；步骤5：绘制步骤4散点图中点的包络线；步骤6：根据包络线选择变桨电机和驱动器，1s均方根值用来确定极限参数，即电机的最大扭矩以及最大扭矩时对应的驱动器的短时输出最大电流参数；600s均方根值用来确定额定参数，即电机的额定扭矩以及额定扭矩时对应的驱动器的额定输出电流参数；步骤7：选定的电机和驱动器可输出的额定转矩-转速特性曲线能够包络覆盖住所有工况的600s均方根值包络线，即选定的电机和驱动器能够满足系统热设计的需要；选定的驱动器和电机可输出的最大转矩-转速特性曲线能够包络覆盖住所有工况的1s均方根值包络线，即选定的电机和驱动器能够满足系统短时过载的需要；选型结束。本专利技术进一步包括以下优选方案：在步骤1中，使用的仿真平台包括但不限于bladed、matlab或FAST。在步骤2中，进行风力发电机组工况设置是指在仿真环境中设置影响其载荷、使用寿命和运行的环境和电气条件；环境条件可进一步划分为风况和其他环境条件，电气条件是指电网条件。在步骤3中，桨叶叶根转矩、桨叶转速、桨叶机械功率的1s/600s均方根值计算公式为：Tc(i)为载荷时序文件中的桨叶叶根转矩数据的第i个数据(Nm)；Sc(i)为载荷时序文件中的桨叶转速数据的第i个数据(r/min)；t为载荷时序文件中的时间数据，即均方根值计算的开始时刻；n为均方根值计算周期内的采样点数；TRMS(i)为均方根值计算周期内有n个采样点时的转矩有效值(Nm)；SRMS(i)为均方根值计算周期内有n个采样点时的桨叶转速有效值(r/min)；PRMS(i)为均方根值计算周期内有n个采样点时的机械功率有效值(kW)。在步骤3中，1s/600s均方根值三组数据分别为：①桨叶叶根转矩最大时：TRMS(Tmax)，SRMS(Tmax)，PRMS(Tmax)；②桨叶转速最大时：TRMS(Smax)，SRMS(Smax)，PRMS(Smax)；③机械功率最大时：TRMS(Pmax)，SRMS(Pmax)，PRMS(Pmax)；其中，相对应于1s均方根值时序或者600s均方根值时序，Tmax是指对应时序中桨叶叶根最大转矩，Smax为对应时序中桨叶转速最大值，Pmax是指对应时序中桨叶机械功率最大值。本专利技术具有以下有益的技术效果：更加精确的选择变桨系统电机以及对应配套的驱动器，在保证系统安全的情况下能够有效降低选型裕量，降低变桨系统制造成本，提高市场竞争力。附图说明图1为绘制的600s均方根值散点图；图2为绘制的1s均方根值散点图；图3为绘制的1s/600s均方根值散点的包络线和驱动器配套电机驱动能力特性曲线；图4为本专利技术的一种变桨系统驱动器和电机的选型方法流程图；具体实施方式下面结合说明书附图对本专利技术的技术方案做进一步详细介绍。如附图4本专利技术公开的一种变桨系统驱动器和电机的选型方法包括以下步骤：步骤1：根据风力发电机组部件参数，在bladed建立仿真模型；所使用的仿真平台除了bladed外，还可以包括bladed/matlab或FAST等其它平台。步骤2：按照IEC61400-1标准和GL规范(GuidelinefortheCertificationofWindTurbines，风机认证指南)进行风力发电机组工况设置并进行仿真计算，输出各工况下桨叶叶根载荷数据时序文件；每一个载荷时序文件中包括的仿真数据有时间数据、桨叶位置数据、桨叶转速数据、桨叶叶根转矩数据，仿真数据为变桨电机侧的高速轴数据；进行风力发电机组工况设置是指在仿真环境中设置影响其载荷、使用寿命和运行的环境和电气条件；环境条件可进一步划分为风况和其他环境条件，电气条件是指电网条件。步骤3：如附图2，分别计算各个工况下每个载荷时序文件的桨叶叶根转矩、桨叶转速、桨叶机械功率的1s均方根值时序，并分别取出每个载荷时序文件的1s均方根值时序的桨叶叶根转矩最大时桨叶叶根转矩以及其对应的桨叶转速和桨叶机械功率、桨叶转速最大时桨叶转速以及其对应的桨叶叶根转矩和桨叶机械功率、桨叶机械功率最大时机械功率以及其对应的桨叶叶根转矩和桨叶转速共三组数据；如附图1，分别计算各个工况下每个时序文件的桨叶叶根转矩、桨叶转速、桨叶机械功率的600s均方根值时序，并分别取出每个时序文件的600s均方根值时序的桨叶叶根转矩最大时桨叶叶根转矩以及其对应的桨叶转速和桨叶机械功率、桨叶转速最大时桨叶转速以及其对应的桨叶叶根转矩和桨叶机械功率、桨叶机械功率最大时机械功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风力发电机组变桨系统电机和驱动器的选型方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：根据风力发电机组部件参数，在仿真平台建立风力发电机组的仿真模型；步骤2：按照IEC61400‑1标准和德国劳氏船级社GL风机认证指南进行风力发电机组工况设置并进行仿真计算，输出各工况下桨叶叶根载荷数据时序文件；每一个载荷时序文件中包括的仿真数据有时间数据、桨叶位置数据、桨叶转速数据、桨叶叶根转矩数据，仿真数据为变桨电机侧的高速轴数据；步骤3：分别计算各个工况下每个载荷时序文件的桨叶叶根转矩、桨叶转速、桨叶机械功率的1s均方根值时序，并分别取出每个载荷时序文件的1s均方根值时序的桨叶叶根转矩最大时桨叶叶根转矩以及其对应的桨叶转速和桨叶机械功率、桨叶转速最大时桨叶转速以及其对应的桨叶叶根转矩和桨叶机械功率、桨叶机械功率最大时机械功率以及其对应的桨叶叶根转矩和桨叶转速共三组数据；分别计算各个工况下每个时序文件的桨叶叶根转矩、桨叶转速、桨叶机械功率的600s均方根值时序，并分别取出每个时序文件的600s均方根值时序的桨叶叶根转矩最大时桨叶叶根转矩以及其对应的桨叶转速和桨叶机械功率、桨叶转速最大时桨叶转速以及其对应的桨叶叶根转矩和桨叶机械功率、桨叶机械功率最大时机械功率以及其对应的桨叶叶根转矩和桨叶转速共三组数据；步骤4：把每个工况输出的1s均方根值三组数据中的桨叶叶根转矩、桨叶转速在转矩‑转速坐标系中绘制散点图；把每个工况输出的600s均方根值三组数据中的桨叶叶根转矩、桨叶转速在转矩‑转速坐标系中绘制散点图；步骤5：绘制步骤4散点图中点的包络线；步骤6：根据包络线选择变桨电机和驱动器，1s均方根值用来确定极限参数，即电机的最大扭矩以及最大扭矩时对应的驱动器的短时输出最大电流参数；600s均方根值用来确定额定参数，即电机的额定扭矩以及额定扭矩时对应的驱动器的额定输出电流参数；步骤7：选定的电机和驱动器可输出的额定转矩‑转速特性曲线能够包络覆盖住所有工况的600s均方根值包络线，即选定的电机和驱动器能够满足系统热设计的需要；选定的驱动器和电机可输出的最大转矩‑转速特性曲线能够包络覆盖住所有工况的1s均方根值包络线，即选定的电机和驱动器能够满足系统短时过载的需要；选型结束。...

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机组变桨系统电机和驱动器的选型方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：根据风力发电机组部件参数，在仿真平台建立风力发电机组的仿真模型；步骤2：按照IEC61400-1标准和德国劳氏船级社GL风机认证指南进行风力发电机组工况设置并进行仿真计算，输出各工况下桨叶叶根载荷数据时序文件；每一个载荷时序文件中包括的仿真数据有时间数据、桨叶位置数据、桨叶转速数据、桨叶叶根转矩数据，仿真数据为变桨电机侧的高速轴数据；步骤3：分别计算各个工况下每个载荷时序文件的桨叶叶根转矩、桨叶转速、桨叶机械功率的1s均方根值时序，并分别取出每个载荷时序文件的1s均方根值时序的桨叶叶根转矩最大时桨叶叶根转矩以及其对应的桨叶转速和桨叶机械功率、桨叶转速最大时桨叶转速以及其对应的桨叶叶根转矩和桨叶机械功率、桨叶机械功率最大时机械功率以及其对应的桨叶叶根转矩和桨叶转速共三组数据；分别计算各个工况下每个时序文件的桨叶叶根转矩、桨叶转速、桨叶机械功率的600s均方根值时序，并分别取出每个时序文件的600s均方根值时序的桨叶叶根转矩最大时桨叶叶根转矩以及其对应的桨叶转速和桨叶机械功率、桨叶转速最大时桨叶转速以及其对应的桨叶叶根转矩和桨叶机械功率、桨叶机械功率最大时机械功率以及其对应的桨叶叶根转矩和桨叶转速共三组数据；步骤4：把每个工况输出的1s均方根值三组数据中的桨叶叶根转矩、桨叶转速在转矩-转速坐标系中绘制散点图；把每个工况输出的600s均方根值三组数据中的桨叶叶根转矩、桨叶转速在转矩-转速坐标系中绘制散点图；步骤5：绘制步骤4散点图中点的包络线；步骤6：根据包络线选择变桨电机和驱动器，1s均方根值用来确定极限参数，即电机的最大扭矩以及最大扭矩时对应的驱动器的短时输出最大电流参数；600s均方根值用来确定额定参数，即电机的额定扭矩以及额定扭矩时对应的驱动器的额定输出电流参数；步骤7：选定的电机和驱动器可输出的额定转矩-转速特性曲线能够包络覆盖住所有工况的600s均方根值包络线，即选定的电机和驱动器能够满足系统热设计的...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐江丰，马红星，孙东旭，丁宛超，王振威，吕峰，
申请(专利权)人：固安华电天仁控制设备有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13