一种基于转矩闭环控制的风力机柔性传动特性的模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种基于转矩闭环控制的风力机柔性传动特性的模拟方法，包括：建立两质量块等效模型，考虑高速轴的弹性系数和阻尼系数，建立发电机与风力机连接时的柔性传动模型的运动方程；建立发电机与模拟电机连接的运动方程；将发电机和模拟电机连接的刚性轴传递的机械转矩、转速，应与发电机和风力机连接时其高速轴传递的机械转矩、转速相等为条件代入所建立的运动方程并进行拉氏变换，获得三元方程组，并实时解算得到模拟电机转矩且作为转矩参考值；对模拟电机组进行转矩闭环控制，实时跟随模拟电机转矩参考值以复现该转矩，实现柔性传动风力机动态特性的模拟。本发明专利技术可更准确地使实验室模拟电机复现出实际风力机柔性传动的动静态特性。

A simulation method for flexible transmission characteristics of wind turbines based on torque closed loop control

The invention discloses a simulation method of flexible transmission characteristics of wind turbine based on torque closed-loop control, including the establishment of two mass block equivalent model, considering the elastic coefficient and damping coefficient of the high speed axis, establishing the motion square of the flexible drive model when the generator is connected to the wind turbine, and establishing the connection between the generator and the analog motor. The mechanical torque and rotational speed transmitted by the rigid shaft connected by the generator and the analog motor should be equal to the mechanical torque and speed transmitted by the high speed axis of the generator and the wind turbine when the generator and the wind turbine are connected. The equations of motion are replaced by the Lagrangian transformation, and the three element equations are obtained, and the simulation electricity is obtained in real time. The torque is used as the reference value of the torque, and the torque closed-loop control of the analog motor group is carried out, and the torque reference value is followed in real time in order to simulate the dynamic characteristics of the flexible drive wind turbine. The invention can reproduce the dynamic and static characteristics of the actual wind turbine flexible transmission more accurately.

【技术实现步骤摘要】
一种基于转矩闭环控制的风力机柔性传动特性的模拟方法
本专利技术涉及一种基于转矩闭环控制的风力机柔性传动特性的模拟方法，属于永磁电机控制的

技术介绍
风力机模拟系统采用电动机模拟真实风场环境下风力机输出的转矩/转速特性，以驱动风力发电机运行。由于模拟系统实验相比风场实验的成本低，且不受自然环境限制，可灵活地设定实验条件，极大地提高了研究效率，为新技术的诞生和应用提供了有力的保障，因此风力机模拟系统成为实验室环境下进行风力发电技术研究的基础。现有的风力机模拟系统受到实验条件和实验安全性的限制，通常都采用小功率的电动机来模拟小功率的风力机，而由于小功率风力机本身的机械时间常数小于大功率MW级风力机，使得其对风速和负载变化的响应速度都要明显快于大功率风力机，因此在针对小功率风力机设计的模拟系统上开发主控系统时，得到的控制参数很难直接应用于大功率风电机组。为使模拟系统实验更接近实际风场的实验情况，不仅需要模拟系统在稳态时输出实际系统应有的转矩和功率特性，更需要在风速或负载扰动时，复现实际系统的动态转矩、转速变化过程。相比而言，稳态特性的模拟较容易，但动态转速变化过程的复现则要复杂的多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于转矩闭环控制的风力机柔性传动特性的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、建立由风力机和齿轮箱、发电机组成的质量块等效模型；将模型中连接发电机与风力机的传动轴作为高速轴并考虑其弹性系数和阻尼系数，建立发电机与风力机连接时的柔性传动模型的运动方程；步骤2、将根据发电机转速范围选择的模拟电机与发电机通过刚性轴同轴连接，建立发电机与模拟电机连接时的运动方程；步骤3、将所述刚性轴传递的机械转矩、转速应与质量块等效模型中高速轴传递的机械转矩、转速相等为条件，代入步骤1和步骤2建立的运动方程并进行拉氏变换，获得关于转矩与转速的三元方程组，并实时解算该三元方程组得到模拟电机转矩且作为转矩参考值；...

【技术特征摘要】
1.一种基于转矩闭环控制的风力机柔性传动特性的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、建立由风力机和齿轮箱、发电机组成的质量块等效模型；将模型中连接发电机与风力机的传动轴作为高速轴并考虑其弹性系数和阻尼系数，建立发电机与风力机连接时的柔性传动模型的运动方程；步骤2、将根据发电机转速范围选择的模拟电机与发电机通过刚性轴同轴连接，建立发电机与模拟电机连接时的运动方程；步骤3、将所述刚性轴传递的机械转矩、转速应与质量块等效模型中高速轴传递的机械转矩、转速相等为条件，代入步骤1和步骤2建立的运动方程并进行拉氏变换，获得关于转矩与转速的三元方程组，并实时解算该三元方程组得到模拟电机转矩且作为转矩参考值；步骤4、对模拟电机进行转矩闭环控制，实时跟随模拟电机转矩参考值以复现该转矩，实现柔性传动风力机动态特性的模拟。2.根据权利要求1所述基于转矩闭环控制的风力机柔性传动特性的模拟方法，其特征在于：所述步骤1建立的发电机与风力机连接时柔性传动模型的运动方程为：其中，Ω′wt为风力机转速的高速轴折算值；Ωg为发电机转速，即高速轴转速；θ′wt为风力机机械角度往高速轴折算后的值；θg为发电机转子的机械角度，且两个角度与机械转速满足关系：dθ′wt/dt＝Ω′wt，dθg/dt＝Ωg；J′wt、B′wt为风力机转动惯量与摩擦系数折算到高速轴的值；Jg、Bg为发电机转动惯量和摩擦系数；T′wt为风力机气动转矩折算到高速轴的值；Tg为发电机转矩；Ktg、Btg表示高速轴弹性...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭鸿浩，贾艺典，郭前岗，曾华洁，吕鹏程，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32