构建液压变桨机构的仿真模型的装置和方法制造方法及图纸

提供一种构建液压变桨机构的仿真模型的装置和方法，所述装置包括：载荷数据处理模块，基于载荷数据确定执行变桨动作所需的变桨轴承扭矩；变桨机构设计模块，基于载荷数据、变桨轴承扭矩以及初选参数确定驱动元件运行所需的工作参数；液压元件选型模块，确定所述仿真模型的特定液压元件的特征参数；响应频率设置模块，确定所述仿真模型的共振频率，并将所述仿真模型的响应频率设置为小于共振频率的频率；变桨模型产生模块，产生适于预定风区的液压变桨机构的仿真模型。根据所述装置和方法，不仅可以准确设计出符合预定风区的液压变桨机构，还有效降低了设计开发时间，简化设计流程。

【技术实现步骤摘要】
构建液压变桨机构的仿真模型的装置和方法
本专利技术涉及电力电子设备设计领域，更具体地讲，涉及一种构建液压变桨机构的仿真模型的装置和方法。
技术介绍
变桨机构是安装在风机轮毂内作为空气制动或通过改变叶片角度对机组进行功率控制的装置，是风电机组重要的控制和保护装置，其中，变桨机构的变桨精度不但影响着风力发电机组输出功率的稳定性，也影响着风能的利用率。目前，变桨机构主要有两种：即液压变桨机构和电动变桨机构，其中，液压变桨机构由于其传动力矩大、重量轻、定位准确和执行机构动态响应速度快等特点受到了普遍的应用。液压变桨机构主要由液压泵站、比例换向阀、蓄能器与执行机构组成，其中电动液压泵为工作动力，液压油为传递介质，比例换向阀为控制元件，通过将油缸活塞杆的径向运动变为桨叶的圆周运动来实现桨叶的变桨距从而实现风电机组变桨。目前，液压变桨机构的设计开发时间较长，设计流程也较为复杂。因此，现有的设计液压变桨机构的方式无法满足风力发电企业对设计流程和开发时间的要求。
技术实现思路
本专利技术的示例性实施例在于提供一种构建液压变桨机构的仿真模型的装置和方法，根据本专利技术示例性实施例的装置和方法可以解决现有的设计液压变桨机构开发周期长，设计复杂性高的缺陷。根据本专利技术的示例性实施例的一方面，提供一种构建液压变桨机构的仿真模型的装置，所述装置包括：载荷数据处理模块，获取预定风区中的目标风电机组的叶片叶根处的载荷数据，基于载荷数据确定所述仿真模型执行变桨动作所需的变桨轴承扭矩；变桨机构设计模块，获取用户输入的所述仿真模型的驱动元件的初选参数，基于载荷数据、变桨轴承扭矩以及初选参数确定所述仿真模型的驱动元件运行所需的工作参数；液压元件选型模块，获取用户输入的预定参数，基于载荷数据、变桨轴承扭矩、工作参数以及预定参数确定所述仿真模型的特定液压元件的特征参数；响应频率设置模块，获取用户输入的所述仿真模型的杨氏模量以及变桨转轴的惯性质量，基于驱动元件的工作参数、杨氏模量和变桨转轴的惯性质量确定所述仿真模型的共振频率，并将所述仿真模型的响应频率设置为小于共振频率的频率；变桨模型产生模块，基于驱动元件的工作参数、特定液压元件的特征参数以及所述仿真模型的响应频率产生适于预定风区的液压变桨机构的仿真模型。可选地，所述载荷数据处理模块将载荷数据以结构体的数据形式进行存储。可选地，所述载荷数据包括：所述仿真模型的桨距角、变桨速度和叶根承受的力与力矩分量。可选地，所述仿真模型的初选参数包括：所述仿真模型的油缸驱动半径、油缸支撑半径、最大加载桨距角、油缸无杆腔活塞直径、活塞杆直径、活塞杆移动速度、系统工作压力。可选地，所述变桨机构设计模块包括：初选参数获取模块，获取用户输入的所述仿真模型的驱动元件的初选参数；工作参数计算模块，基于桨距角、变桨速度、变桨轴承扭矩以及初选参数计算所述仿真模型的油缸无杆腔活塞面积、油缸有杆腔活塞面积、变桨机构加载能力曲线、油缸行程长度、活塞杆运动速度以及能够提供的变桨扭矩；工作参数确定模块，分别判断计算的油缸行程长度、活塞杆运动速度以及能够提供的变桨扭矩是否能满足相应的特定要求，根据判断结果来确定所述仿真模型的驱动元件运行所需的工作参数。可选地，如果计算的油缸行程长度、活塞杆运动速度以及能够提供的变桨扭矩都能满足相应的特定要求，则将驱动元件的当前初选参数以及计算的油缸无杆腔活塞面积、油缸有杆腔活塞面积、变桨机构加载能力曲线、油缸行程长度、活塞杆运动速度以及能够提供的变桨扭矩设置为所述仿真模型的驱动元件的工作参数；如果计算的油缸行程长度、活塞杆运动速度以及能够提供的变桨扭矩不能都满足相应的特定要求，则通过重新获取驱动元件的初选参数来重复初选参数获取模块、工作参数计算模块和工作参数确定模块的操作。可选地，所述工作参数计算模块执行以下操作：利用油缸驱动半径、最大加载桨距角和油缸支撑半径计算油缸行程长度；利用油缸行程长度、油缸支撑半径、最大加载桨距角和油缸驱动半径计算变桨驱动力臂，并利用所述变桨驱动力臂和变桨速度确定活塞杆运动速度；利用油缸无杆腔活塞直径计算油缸无杆腔活塞面积；利用活塞杆直径计算油缸活塞杆面积；利用油缸无杆腔活塞面积和油缸活塞杆面积计算油缸有杆腔活塞面积；利用所述系统工作压力、油缸无杆腔活塞面积、油缸有杆腔活塞面积和变桨驱动力臂计算所述仿真模型能够提供的变桨扭矩。可选地，针对油缸行程长度的特定要求是指所述仿真模型的油缸行程长度需要小于变桨驱动盘轴心到轮毂内壁的距离；针对活塞杆运动速度的特定要求是指所述仿真模型的活塞杆运动速度需要小于活塞杆运动速度特定值；针对能够提供的变桨扭矩的特定要求是指所述仿真模型提供的变桨扭矩需要大于所述变桨轴承扭矩。可选地，所述特定液压元件包括：比例换向阀、蓄能器和油泵。可选地，所述比例换向阀的特征参数包括比例换向阀的预定出口流量；所述蓄能器的特征参数包括蓄能器的体积和预充压力；所述油泵的特征参数包括：油泵排量、油泵电机转速以及油泵电机功率。可选地，所述装置还包括：工况辨识模块，基于载荷数据确定所述仿真模型的参考数据以供用户进行后续评估或指导，其中，所述仿真模型的参考数据包括：未满发风速与满发风速的时间占比、桨距角的分布范围、极限载荷工况下指定变桨速度的发生频次以及变桨速度的持续时间。根据本专利技术示例性实施例的另一方面，提供一种构建液压变桨机构的仿真模型的方法，所述方法包括：(A)获取预定风区中的目标风电机组的叶片叶根处的载荷数据，基于载荷数据确定所述仿真模型执行变桨动作所需的变桨轴承扭矩；(B)获取用户输入的所述仿真模型的驱动元件的初选参数，基于载荷数据、变桨轴承扭矩以及初选参数确定所述仿真模型的驱动元件运行所需的工作参数；(C)获取用户输入的预定参数，基于载荷数据、变桨轴承扭矩、工作参数以及预定参数确定所述仿真模型的特定液压元件的特征参数；(D)获取用户输入的所述仿真模型的杨氏模量以及变桨转轴的惯性质量，基于驱动元件的工作参数、杨氏模量和变桨转轴的惯性质量确定所述仿真模型的共振频率，并将所述仿真模型的响应频率设置为小于共振频率的频率；(E)基于驱动元件的工作参数、特定液压元件的特征参数以及所述仿真模型的响应频率产生适于预定风区的液压变桨机构的仿真模型。可选地，步骤(A)还包括：将载荷数据以结构体的数据形式进行存储。可选地，所述载荷数据包括：所述仿真模型的桨距角、变桨速度和叶根承受的力与力矩分量。可选地，所述仿真模型的初选参数包括：所述仿真模型的油缸驱动半径、油缸支撑半径、最大加载桨距角、油缸无杆腔活塞直径、活塞杆直径、活塞杆移动速度、系统工作压力。可选地，步骤(B)包括：(B1)获取用户输入的所述仿真模型的驱动元件的初选参数；(B2)基于桨距角、变桨速度、变桨轴承扭矩以及初选参数计算所述仿真模型的油缸无杆腔活塞面积、油缸有杆腔活塞面积、变桨机构加载能力曲线、油缸行程长度、活塞杆运动速度以及能够提供的变桨扭矩；(B3)分别判断计算的油缸行程长度、活塞杆运动速度以及能够提供的变桨扭矩是否能满足相应的特定要求，根据判断结果来确定所述仿真模型的驱动元件运行所需的工作参数。可选地，步骤(B3)还包括：如果计算的油缸行程长度、活塞杆运动速度以及能够提供的变桨扭矩都能满足相应的特定要求，则将驱动元件的当前初选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种构建液压变桨机构的仿真模型的装置，其特征在于，所述装置包括：载荷数据处理模块，获取预定风区中的目标风电机组的叶片叶根处的载荷数据，基于载荷数据确定所述仿真模型执行变桨动作所需的变桨轴承扭矩；变桨机构设计模块，获取用户输入的所述仿真模型的驱动元件的初选参数，基于载荷数据、变桨轴承扭矩以及初选参数确定所述仿真模型的驱动元件运行所需的工作参数；液压元件选型模块，获取用户输入的预定参数，基于载荷数据、变桨轴承扭矩、工作参数以及预定参数确定所述仿真模型的特定液压元件的特征参数；响应频率设置模块，获取用户输入的所述仿真模型的杨氏模量及变桨转轴的惯性质量，基于驱动元件的工作参数、杨氏模量和变桨转轴的惯性质量确定所述仿真模型的共振频率，并将所述仿真模型的响应频率设置为小于共振频率的频率；变桨模型产生模块，基于驱动元件的工作参数、特定液压元件的特征参数以及所述仿真模型的响应频率产生适于预定风区的液压变桨机构的仿真模型。

【技术特征摘要】
1.一种构建液压变桨机构的仿真模型的装置，其特征在于，所述装置包括：载荷数据处理模块，获取预定风区中的目标风电机组的叶片叶根处的载荷数据，基于载荷数据确定所述仿真模型执行变桨动作所需的变桨轴承扭矩；变桨机构设计模块，获取用户输入的所述仿真模型的驱动元件的初选参数，基于载荷数据、变桨轴承扭矩以及初选参数确定所述仿真模型的驱动元件运行所需的工作参数；液压元件选型模块，获取用户输入的预定参数，基于载荷数据、变桨轴承扭矩、工作参数以及预定参数确定所述仿真模型的特定液压元件的特征参数；响应频率设置模块，获取用户输入的所述仿真模型的杨氏模量及变桨转轴的惯性质量，基于驱动元件的工作参数、杨氏模量和变桨转轴的惯性质量确定所述仿真模型的共振频率，并将所述仿真模型的响应频率设置为小于共振频率的频率；变桨模型产生模块，基于驱动元件的工作参数、特定液压元件的特征参数以及所述仿真模型的响应频率产生适于预定风区的液压变桨机构的仿真模型。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述载荷数据处理模块将载荷数据以结构体的数据形式进行存储。3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述载荷数据包括：所述仿真模型的桨距角、变桨速度和叶根承受的力与力矩分量。4.如权利要求1或3所述的装置，其特征在于，所述仿真模型的初选参数包括：所述仿真模型的油缸驱动半径、油缸支撑半径、最大加载桨距角、油缸无杆腔活塞直径、活塞杆直径、活塞杆移动速度、系统工作压力和驱动的油缸数量。5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述变桨机构设计模块包括：初选参数获取模块，获取用户输入的所述仿真模型的驱动元件的初选参数；工作参数计算模块，基于桨距角、变桨速度、变桨轴承扭矩以及初选参数计算所述仿真模型的油缸无杆腔活塞面积、油缸有杆腔活塞面积、变桨机构加载能力曲线、油缸行程长度、活塞杆运动速度以及能够提供的变桨扭矩；工作参数确定模块，分别判断计算的油缸行程长度、活塞杆运动速度以及能够提供的变桨扭矩是否能满足相应的特定要求，根据判断结果来确定所述仿真模型的驱动元件运行所需的工作参数。6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述工作参数确定模块执行以下操作：如果计算的油缸行程长度、活塞杆运动速度以及能够提供的变桨扭矩都能满足相应的特定要求，则将驱动元件的当前初选参数以及计算的油缸无杆腔活塞面积、油缸有杆腔活塞面积、变桨机构加载能力曲线、油缸行程长度、活塞杆运动速度以及能够提供的变桨扭矩设置为所述仿真模型的驱动元件的工作参数；如果计算的油缸行程长度、活塞杆运动速度以及能够提供的变桨扭矩中的至少一个不满足相应的特定要求，则通过重新获取驱动元件的初选参数来重复初选参数获取模块、工作参数计算模块和工作参数确定模块的操作。7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述工作参数计算模块执行以下操作：利用油缸驱动半径、最大加载桨距角和油缸支撑半径计算油缸行程长度；利用油缸行程长度、最大加载桨距角、油缸支撑半径和油缸驱动半径计算变桨驱动力臂，并利用所述变桨驱动力臂和变桨速度确定活塞杆运动速度；利用油缸无杆腔活塞直径计算油缸无杆腔活塞面积；利用活塞杆直径计算油缸活塞杆面积；利用油缸无杆腔活塞面积和油缸活塞杆面积计算油缸有杆腔活塞面积；利用所述系统工作压力、油缸无杆腔活塞面积、油缸有杆腔活塞面积和变桨驱动力臂计算所述仿真模型能够提供的变桨扭矩。8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，针对油缸行程长度的特定要求是指所述仿真模型的油缸行程长度需要小于变桨驱动盘轴心到轮毂内壁的距离；针对活塞杆运动速度的特定要求是指所述仿真模型的活塞杆运动速度需要小于活塞杆运动速度特定值；针对能够提供的变桨扭矩的特定要求是指所述仿真模型提供的变桨扭矩需要大于所述变桨轴承扭矩。9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述特定液压元件包括：比例换向阀、蓄能器和油泵。10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述比例换向阀的特征参数包括比例换向阀的预定出口流量，所述蓄能器的特征参数包括蓄能器的体积和预充压力，所述油泵的特征参数包括：油泵排量、油泵电机转速以及油泵电机功率。11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：工况辨识模块，基于载荷数据确定所述仿真模型的参考数据以供用户进行后续评估或指导，其中，所述仿真模型的参考数据包括：未满发风速与满发风速的时间占比、桨距角的分布范围、极限载荷工况下指定变桨速度的发生频次以及变桨速度的持续时间。12.一种构建液压变桨机构的仿真模型的方法，其特征在于，所述方法包括：(A)获取预定风...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘育良，朱兵，
申请(专利权)人：北京金风科创风电设备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11