风力机模拟系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了风力机模拟系统及其方法。本发明专利技术的一实施例的风力机模拟系统，用于模拟实际风力机的运行条件，包括：风力机模型部，包括风轮和传动系统，该风轮包括在表面安装有多个应变传感器的模拟桨叶和用于配置上述模拟桨叶的轮毂，该传动系统增减上述风轮的转速，并传递动力；驱动部，包括用于驱动上述风轮的驱动马达；发电部，包括发电机，该发电机将在上述风力机模型部产生的旋转力变换为电能；以及控制部，对上述风力机模型部、驱动部或发电部中的一个以上进行控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及风力机模拟系统及其方法，更具体而言，涉及通过监视风力机的状态来使风力机的运行优化并且预测构成部件的疲劳寿命来决定部件更换周期的风力机模拟系统及其方法。
技术介绍
风力发电系统因作为能源的风速的可变性所导致的输出功率的不规则性，有可能降低周边系统用户和负载的电压、频率等电力质量，因此需要开发出能够体现实际风力发电系统的特定运行条件的风力发电模拟器甚至风力机模拟系统。作为与此相关的技术，以往的风力机模拟系统仅执行评价风力机的齿轮箱或发电机的性能的功能。即，以往的风力机模拟系统不对作用于风力机的风进行模拟，而直接在马达上连接齿轮箱或发电机来仅执行了性能评价，因此，存在不能模拟风力机的实际运行条件的制约性。此外，在以往的风力机模拟系统中，为了模拟桨叶的惯性而使用了飞轮（flywheel），但是，此时系统变得复杂，还发生了费用增加的问题。因此，需要开发与MW级风力机具有相似性从而能够体现实际风力机的运行环境的风力机模拟系统是实际情况。
技术实现思路
专利技术所要解决的问题本专利技术的实施例的目的在于提供一种被设计成与实际风力机具有相似性从而能够模拟实际风力机的运行条件的风力机模拟系统及其方法。用于解决问题的手段本专利技术的一个方案提供一种风力机模拟系统，用于模拟实际风力机的运行条件，包括：风力机模型部，包括风轮和传动系统，该风轮包括在表面安装有多个应变传感器的模拟桨叶和用于配置上述模拟桨叶的轮毂，该传动系统增减上述风轮的转速，并传递动力；驱动部，包括用于驱动上述风轮的驱动马达；发电部，包括发电机，该发电机将在上述风力机模型部产生的旋转力变换为电能；以及控制部，对上述风力机模型部、驱动部或发电部中的一个以上进行控制。在上述风力机模型部的上述轮毂可形成有通风口。此外，上述风力机模型部的上述传动系统可包括增速机，该增速机使上述模拟桨叶的转速增加，以使其能够以适合于上述发电部的发电的转速旋转。此外，上述发电部可进一步包括发电机转换器，该发电机转换器接收上述发电机的转速数据或转矩数据中的至少一个数据的输入，并在与上述控制部之间进行收发。此外，可在上述传动系统和上述发电部，安装有多个加速度传感器、温度传感器或转速传感器中的至少一个传感器。此外，上述传动系统可进一步包括配置在上述风轮和上述发电机之间的第一减速机，上述驱动部可进一步包括配置在上述驱动马达和上述风轮之间的第二减速机。另一方面，上述控制部可包括：驱动控制部，对上述驱动部的驱动马达的转矩量或上述风力机模型部的上述模拟桨叶的桨距角进行控制；状态监视部，从上述风力机模型部和上述发电部接收转矩数据、转速数据、角速度数据、温度数据或应变数据来进行加工处理；以及发电机控制部，在与上述发电机转换器之间收发上述发电机的转速数据或转矩数据中的至少一个数据来控制上述发电机的生产电力。此外，上述风力机模拟系统相对于上述实际风力机，满足下面的公式1。公式1：Jaωa2/Pa＝Jsωs2/PsωaRa/va＝ωsRs/vsωa3Ra5＝sωs3Rs5在此，J为惯性力矩，w为桨叶转速，P为额定输出，R为桨叶的半径，v为额定风速，下标a表示实际风力机，下标s表示风力机模拟系统。本专利技术的另一方案提供一种风力机模拟方法，用于驱动上述风力机模拟系统，包括：第一步骤，接收模拟桨叶的桨距角及发电机转速，并将上述发电机转速与额定输出下的转速进行比较；第二步骤，当上述发电机转速小于上述额定输出下的转速时，生成模拟风，并以基于上述模拟风而计算出的马达转矩为基础，控制驱动马达；以及第三步骤，在上述发电机转速为上述额定输出下的转速以上时，生成模拟风，并根据上述模拟桨叶的桨距角数据和马达转矩，对上述模拟桨叶的桨距角和驱动马达进行控制，其中，上述模拟桨叶的桨距角数据是基于上述发电机转速的桨距角数据，上述马达转矩是基于上述模拟风计算出的马达转矩。此外，所生成的上述模拟风是时域上作用于上述模拟桨叶的风。另一方面，上述第二步骤可包括：计算出与上述模拟风相对应的气动力转矩的步骤；利用风轮惯性传递函数，计算出反映上述模拟桨叶的动态特性的马达转矩的步骤；以及根据上述马达转矩来控制驱动马达的步骤。此外，上述第三步骤可包括：计算出基于上述发电机转速的上述模拟桨叶的桨距角数据的步骤；计算出与上述模拟风相对应的气动力转矩的步骤；利用风轮惯性传递函数，计算出反映上述模拟桨叶的动态特性的第一马达转矩的步骤；对上述第一马达转矩进行数据处理，计算出反映由上述模拟风引起的上述模拟桨叶的桨距角变化的第二马达转矩的步骤；以及根据上述模拟桨叶的桨距角数据来控制上述模拟桨叶的桨距角，并且根据上述第二马达转矩来控制驱动马达的步骤。专利技术效果本专利技术的实施例，将风力机模拟器系统设计成与实际风力机具有相似性，从而能够模拟实际风力机的运行条件。此外，利用风轮惯性传递函数来将桨叶的动态特性反映到控制部，从而计算出反映动态特性的马达转矩，由此能够构筑更加简单且成本低廉的风力机模拟器系统。附图说明图1是本专利技术的一实施例的风力机模拟系统的概略图。图2是放大图1的A部分来示出的放大图。图3是示出图1的风力机模拟系统的变形例的概略图。图4是示出图1的风力机模拟系统的数据收发的图。图5是示出在图1的风力机模拟系统中的发电机的转矩曲线生成过程的图。图6是本专利技术的一实施例的风力机模拟方法的控制算法。图7是图6的模拟风生成算法。具体实施方式下面，参照附图，对本专利技术的各实施例进行详细说明。图1是本专利技术的一实施例的风力机模拟系统100的概略图。参照图1，风力机模拟系统100包括：模拟实际风力机的运动的风力机模型部120，驱动风力机模型部120的驱动部140，将由风力机模型部120产生的旋转力变换为电能的发电部160，以及对风力机模型部120、驱动部140或发电部160中的一个以上进行控制的控制部180。下面，对各结构进行说明。实施方式风力机模拟系统100可设在基架B上，但不限制基架B的形状、大小等。另一方面，基架B为了避免风力机模拟系统100的桨叶旋转时的碰撞，可在局部设置有开口部(未标记)。风力机模型部120模拟实际风力机的运动，可包括：风轮（rotor）R，包括模拟桨叶121和用于配置模拟桨叶121的轮毂（hub）123；以及传动系统(Drive Train)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力机模拟系统，用于模拟实际风力机的运行条件，其特征在于，包括：风力机模型部，包括风轮和传动系统，该风轮包括在表面安装有多个应变传感器的模拟桨叶和用于配置上述模拟桨叶的轮毂，该传动系统用于增减上述风轮的转速，并传递动力；驱动部，包括用于驱动上述风轮的驱动马达；发电部，包括发电机，该发电机将在上述风力机模型部产生的旋转力变换为电能；以及控制部，对上述风力机模型部、驱动部或发电部中的一个以上进行控制。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.09.02 KR 10-2011-00889241.一种风力机模拟系统，用于模拟实际风力机的运行条件，其特征
在于，
包括：
风力机模型部，包括风轮和传动系统，该风轮包括在表面安装有多
个应变传感器的模拟桨叶和用于配置上述模拟桨叶的轮毂，该传动系统
用于增减上述风轮的转速，并传递动力；
驱动部，包括用于驱动上述风轮的驱动马达；
发电部，包括发电机，该发电机将在上述风力机模型部产生的旋转
力变换为电能；以及
控制部，对上述风力机模型部、驱动部或发电部中的一个以上进行
控制。
2.根据权利要求1所述的风力机模拟系统，其特征在于，
在上述风力机模型部的上述轮毂形成有通风口。
3.根据权利要求1所述的风力机模拟系统，其特征在于，
上述风力机模型部的上述传动系统包括增速机，该增速机使上述模
拟桨叶的转速增加，以使其能够以适合于上述发电部的发电的转速旋转。
4.根据权利要求1所述的风力机模拟系统，其特征在于，
上述发电部还包括发电机转换器，该发电机转换器接收上述发电机
的转速数据或转矩数据中的至少一个数据的输入，并在与上述控制部之
间进行收发。
5.根据权利要求3所述的风力机模拟系统，其特征在于，
在上述传动系统和上述发电部，安装有多个加速度传感器、温度传
感器或转速传感器中的至少一个传感器。
6.根据权利要求3所述的风力机模拟系统，其特征在于，
上述传动系统还包括配置在上述风轮和上述发电机之间的第一减速
机，上述驱动部还包括配置在上述驱动马达和上述风轮之间的第二减速
机。
7.根据权利要求5所述的风力机模拟系统，其特征在于，
上述控制部包括：
驱动控制部，对上述驱动部的驱动马达的转矩量或上述风力机模型
部的上述模拟桨叶的桨距角进行控制；
状态监视部，从上述风力机模型部和上述发电部接收转矩数据、转
速数据、角速度数据、温度数据或应变数据来进行加工处理；以及
发电机控制部，在与上述发电机转换器之间收发上述发电机的转速
数据或转矩数据中的至少一个数据来控制上述发电机的生产电力。
8.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴沂镛，李在庆，朴埈永，李准信，
申请(专利权)人：韩国电力公社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR