基于无速度传感器地面试验台的风机机械动态模拟方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于无速度传感器地面试验台的风机机械动态模拟方法及系统。该方法在现有引入高阶滤波器的含时滞的风电机组试验台离散化模型的基础上，改变转矩补偿回路中加速度的观测方式，通过对风电机组全功率地面试验台和要模拟的风力机进行测试得到两者的转动惯量，其次获取试验台电动机驱动转矩响应值和发电机电磁转矩响应值，通过计算两者差值并除以试验台整体的转动惯量进行加速度观测，最后基于加速度进行惯量补偿。与传统基于转速差分的转动惯量补偿策略相比，本发明专利技术无需安装高精度转速传感器就可实现转动惯量补偿策略，使得全功率试验台能够稳定模拟大转动惯量的风力机，协助科研人员在实验室环境中开展风力机发电、控制、涉网等实验。

【技术实现步骤摘要】
基于无速度传感器地面试验台的风机机械动态模拟方法及系统
本专利技术属于风力机模拟器领域，特别涉及一种基于无速度传感器地面试验台的风机机械动态模拟方法及系统。
技术介绍
风力发电技术的健康快速发展离不开大量的试验测试和试验验证。由于在实际的风场开展实验极其困难且耗费时间，风电机组全功率地面试验台使得研究人员在实验室开展风力机实验成为可能。然而试验台的转动惯量要小于实际风力机的转动惯量，为了能使试验台复现实际风力机的慢动态机械特性，目前主流的解决方案是采用转动惯量补偿策略对试验台的转动惯量进行虚拟补偿。目前的转动惯量补偿策略普遍通过转速差分的方法求取加速度进而实现转动惯量补偿。该方法需要对试验台转速进行高精度测量，若转速测量误差较大极易引起补偿策略的失败。对于小容量的风电机组地面试验台而言，由于其体积较小，往往用于模拟风电机组高速侧的转速情况，其转速较高(1500rpm左右)，便于安装转速传感器以实现转速高精度测量，进而能够实现基于转速差分方法的转动惯量补偿策略。但是MW级全功率地面试验台的转速相对要低很多。以金风科技6MW全功率风电机组试验台为例，试验台采用直驱发电机型，其转速范围仅在0～20rpm之间，同时受到现场电磁干扰的严重影响，转速不容易准确测量，这势必会影响现有转动惯量补偿策略算法的实现。此外，在试验台上实现基于转速差分的转动惯量补偿策略时，在求取加速度时会引入一步加速度观测时滞，同时试验台也存在通信时滞，而这两种时滞会降低试验台的转动惯量模拟倍数(时滞存在的情况下，试验台转动惯量最大模拟倍数仅为2)，当风力机的转动惯量大于试验台转动惯量的2倍时，试验台会振荡失稳。基于上述情况，目前迫切需要一种基于无速度传感器地面试验台的风机机械动态模拟方法，对于全功率地面试验台而言，在无需引入转速传感器的同时，也能够准确消除时滞对试验台稳定性的影响，从而使得试验台能够模拟更大转动惯量倍数的风力机。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术存在的问题，提供一种基于无速度传感器地面试验台的风机机械动态模拟方法及系统。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于无速度传感器地面试验台的风机机械动态模拟方法，所述方法包括以下步骤：步骤1，对风电机组全功率地面试验台进行测试，确定试验台的转动惯量Js；步骤2，确定地面试验台所要模拟的风力机机型，确定风力机的转动惯量Jt；步骤3，采集地面试验台电动机驱动转矩响应值Ts和发电机电磁转矩响应值Tg；步骤4，求取地面试验台转速加速度αcomp；步骤5，求取补偿转矩Tcomp同时构建滤波器，实现转动惯量补偿策略，使试验台能稳定模拟大倍数转动惯量的风力机。进一步地，步骤4中所述试验台转速加速度αcomp的计算公式为：进一步地，步骤5中所述补偿转矩Tcomp的计算公式为：Tcomp＝(Jt-Js)·αcomp。进一步地，步骤5所述构建滤波器，具体包括：步骤5-1，确定通信时滞阶数k0：k0＝[τ/T]式中，τ为地面试验台的通信时滞时长，T为地面试验台PLC的采样时长；步骤5-2，选用k0阶数字滤波器，滤波器的表达式为：式中，αd为k0阶数字滤波器的参数，取值范围为0＜αd＜1，1～k0-1阶滤波器参数均取为零；其中，滤波器参数αd的表达式为：一种基于无速度传感器地面试验台的风机机械动态模拟系统，所述系统包括：第一数据获取模块，用于对风电机组全功率地面试验台进行测试，确定试验台的转动惯量Js；第二数据获取模块，用于确定地面试验台所要模拟的风力机机型，确定风力机的转动惯量Jt；第三数据获取模块，用于采集地面试验台电动机驱动转矩响应值Ts和发电机电磁转矩响应值Tg；第四数据获取模块，用于求取地面试验台转速加速度αcomp；模拟模块，用于求取补偿转矩Tcomp同时构建滤波器，实现转动惯量补偿策略，使试验台能稳定模拟大倍数转动惯量的风力机。一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：步骤1，对风电机组全功率地面试验台进行测试，确定试验台的转动惯量Js；步骤2，确定地面试验台所要模拟的风力机机型，确定风力机的转动惯量Jt；步骤3，采集地面试验台电动机驱动转矩响应值Ts和发电机电磁转矩响应值Tg；步骤4，求取地面试验台转速加速度αcomp；步骤5，求取补偿转矩Tcomp同时构建滤波器，实现转动惯量补偿策略，使试验台能稳定模拟大倍数转动惯量的风力机。一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：步骤1，对风电机组全功率地面试验台进行测试，确定试验台的转动惯量Js；步骤2，确定地面试验台所要模拟的风力机机型，确定风力机的转动惯量Jt；步骤3，采集地面试验台电动机驱动转矩响应值Ts和发电机电磁转矩响应值Tg；步骤4，求取地面试验台转速加速度αcomp；步骤5，求取补偿转矩Tcomp同时构建滤波器，实现转动惯量补偿策略，使试验台能稳定模拟大倍数转动惯量的风力机。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：1)本专利技术突破了现有转动惯量补偿策略需对转速进行高精度测量的限制，该方法无需对转速进行高精度测量就可实现转动惯量补偿策略；2)本专利技术提出的转动惯量补偿方法并不会引入加速度观测时滞，采用k0阶滤波器就可以提高试验台转动惯量模拟倍数，使全功率地面试验台能够有效地复现实际风力机的慢动态机械过程；3)本专利技术简单易行，改进效果明显。下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。附图说明图1为本专利技术基于无速度传感器地面试验台的风机机械动态模拟方法流程图。图2为一个实施例中6MW全功率地面试验台的结构设计和工作原理图。图3为一个实施例中风电机组全功率地面试验台离散域模型示意图。图4为一个实施例中正弦风速下应用1阶滤波器时的实验结果图，其中图(a)为实验采用的正弦风速示意图，图(b)为正弦风速下全功率地面试验台转速轨迹图，图(c)为正弦风速下试验台补偿转矩图。图5为一个实施例中湍流风速下应用1阶滤波器时的实验结果图，其中图(a)为实验采用的湍流风速示意图，图(b)为湍流风速下全功率地面试验台转速轨迹与FAST仿真轨迹对比图，图(c)为湍流风速下试验台补偿转矩图，图(d)为湍流风速下试验台驱动转矩图。具体实施方式为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。需要说明的是，若本专利技术实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无速度传感器地面试验台的风机机械动态模拟方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n步骤1，对风电机组全功率地面试验台进行测试，确定试验台的转动惯量J

【技术特征摘要】
1.一种基于无速度传感器地面试验台的风机机械动态模拟方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1，对风电机组全功率地面试验台进行测试，确定试验台的转动惯量Js；
步骤2，确定地面试验台所要模拟的风力机机型，确定风力机的转动惯量Jt；
步骤3，采集地面试验台电动机驱动转矩响应值Ts和发电机电磁转矩响应值Tg；
步骤4，求取地面试验台转速加速度αcomp；
步骤5，求取补偿转矩Tcomp同时构建滤波器，实现转动惯量补偿策略，使试验台能稳定模拟大倍数转动惯量的风力机。


2.根据权利要求1所述的基于无速度传感器地面试验台的风机机械动态模拟方法，其特征在于，步骤4中所述试验台转速加速度αcomp的计算公式为：





3.根据权利要求2所述的基于无速度传感器地面试验台的风机机械动态模拟方法，其特征在于，步骤5中所述补偿转矩Tcomp的计算公式为：
Tcomp＝(Jt-Js)·αcomp。


4.根据权利要求3所述的基于无速度传感器地面试验台的风机机械动态模拟方法，其特征在于，步骤5所述构建滤波器，具体包括：
步骤5-1，确定通信时滞阶数k0：
k0＝[τ/T]
式中，τ为地面试验台的通信时滞时长，T为地面试验台PLC的采样时长；
步骤5-...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐胜元，殷明慧，邹云，周连俊，顾伟峰，葛嵩林，陈载宇，汪成根，孙蓉，刘建坤，卜京，杨炯明，彭云，
申请(专利权)人：南京理工大学，江苏金风科技有限公司，国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32