專利名稱：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳距系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及到一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳距系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試平臺(tái)。
背景技術(shù)：
風(fēng)能作為目前最具有商業(yè)價(jià)值的可再生能源已經(jīng)越來越多的應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中。MW級變速變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是目前主流的風(fēng)能大規(guī)模利用設(shè)備，而由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、非線性特性嚴(yán)重、隨動(dòng)特性明顯等特點(diǎn)，變速變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制技術(shù)成為目前研究的熱點(diǎn)之一。變槳控制是指麗級變速變槳風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行在高于額定風(fēng)速的情況下，通過變槳距裝置動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)槳距角度，保證風(fēng)輪吸收能量恒定，維持風(fēng)輪轉(zhuǎn)速及風(fēng)電機(jī)組輸出功率恒定。由于風(fēng)輪空氣動(dòng)力學(xué)的強(qiáng)非線性特性、變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)的純滯后特點(diǎn)以及外部風(fēng)速的湍流特 性，變槳控制技術(shù)一直是變速變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制技術(shù)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。因而有必要在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)搭建變槳距系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試平臺(tái)，以深入研究變槳距控制技術(shù)，同時(shí)掌握變槳距系統(tǒng)中關(guān)鍵電氣零部件的初步選型和考核，為變槳距系統(tǒng)樣機(jī)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)打下基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
為解決以上問題，本發(fā)明提供了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳距系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試平臺(tái)。其實(shí)現(xiàn)的具體技術(shù)方案如下
一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳距系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試平臺(tái)，包括伺服電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)、變槳控制平臺(tái)、變槳控制箱和上位機(jī)；所述伺服電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)包括直流伺服電機(jī)、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器和磁粉制動(dòng)器組成，所述直流伺服電機(jī)通過轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器與磁粉制動(dòng)器連接；所述變槳控制平臺(tái)包括直流伺服驅(qū)動(dòng)器、充電機(jī)、變槳控制PLC以及分別與所述充電機(jī)和變槳控制PLC連接的超級電容和開關(guān)電源。進(jìn)一步，所述直流伺服電機(jī)的軸端設(shè)置有用于電機(jī)絕對位置反饋的多圈絕對值編碼器。進(jìn)一步，所述伺服電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)還包括與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器連接的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速顯示儀和與磁粉制動(dòng)器連接的激磁電流給定裝置。進(jìn)一步，所述變槳控制PLC包括用于進(jìn)行變槳系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定、變槳角度給定、槳葉初始位置校準(zhǔn)、變槳系統(tǒng)狀態(tài)反饋以及需要主控參與的故障保護(hù)的變槳主控控制PLC和根據(jù)變槳主控控制PLC的指令動(dòng)作，完成位置閉環(huán)、伺服控制器速度給定、變槳角度反饋、限位開關(guān)狀態(tài)反饋、各種故障狀態(tài)反饋及保護(hù)動(dòng)作和后備電源工作切換功能的變槳內(nèi)部控制 PLC。進(jìn)一步，所述變槳控制箱用于系統(tǒng)工作模式設(shè)定、工作狀態(tài)指示、手動(dòng)模式下工作指令給定等功能。進(jìn)一步，所述上位機(jī)通過PLC下載線與變槳控制平臺(tái)的下位機(jī)PLC連接，用于對各種工作模式下的系統(tǒng)監(jiān)控。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
變槳距系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試平臺(tái)可以在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下模擬風(fēng)機(jī)主控和變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制通信，實(shí)現(xiàn)基于虛擬環(huán)境下的變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)測試聯(lián)調(diào)，同時(shí)通過磁粉制動(dòng)器模擬不同風(fēng)況情況下的變槳系統(tǒng)載荷波動(dòng)，確保變槳控制策略在外部載荷劇烈波動(dòng)的情況下的有效性和實(shí)用性。


圖I :風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳距系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

如圖I所示為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳距系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳距系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試平臺(tái)包括變槳控制平臺(tái)I、伺服電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)2、變槳控制箱3、上位機(jī)4。變槳控制平臺(tái)I的主要組成部分包括直流伺服驅(qū)動(dòng)器11、充電機(jī)12、超級電容13、24V開關(guān)電源14和PLC15。PLC15是變槳距系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試平臺(tái)的控制核心，負(fù)責(zé)完成整個(gè)系統(tǒng)的工作控制、故障檢測和與上位機(jī)4的通信等工作；直流伺服驅(qū)動(dòng)器11用于控制直流伺服電機(jī)5，執(zhí)行變槳操作；超級電容13作為變槳距系統(tǒng)的后備電源，在三相380V輸入電壓掉電情況下可以為系統(tǒng)繼續(xù)供電，用以試驗(yàn)緊急變槳功能；充電機(jī)12負(fù)責(zé)給超級電容13充電；開關(guān)電源14給PLC15及其他開關(guān)電器等提供DC24V控制電源。伺服電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)2上安裝了同軸的直流伺服電機(jī)5、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器6和磁粉制動(dòng)器7各一臺(tái)，直流伺服電機(jī)的軸端安裝了一個(gè)多圈絕對值編碼器8用于電機(jī)絕對位置的反饋，磁粉制動(dòng)器配合激磁電流給定裝置9可以作為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載使用，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器配合轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速顯示儀10用于電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速的測量及顯示。所述變槳控制PLC15包括變槳主控控制PLC和變槳內(nèi)部控制PLC。變槳主控控制PLC可用于進(jìn)行變槳系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定(包括位置環(huán)PI參數(shù)、最大/最小變槳速度等)、變槳角度給定(應(yīng)包括開環(huán)給定[定速]和閉環(huán)角度給定)、槳葉初始位置校準(zhǔn)、變槳系統(tǒng)狀態(tài)反饋以及需要主控參與的故障保護(hù)等。變槳內(nèi)部控制PLC根據(jù)變槳主控控制PLC的指令動(dòng)作，完成位置閉環(huán)(包括PI參數(shù)調(diào)節(jié))、伺服控制器速度給定、變槳角度反饋、限位開關(guān)狀態(tài)反饋、各種故障狀態(tài)反饋及保護(hù)動(dòng)作和后備電源工作切換等功能；在沒有變槳主控控制PLC的情況下，變槳內(nèi)部控制PLC可以根據(jù)外部給入的模擬量和數(shù)字量信號作為指令進(jìn)行工作。伺服電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)I是變槳?jiǎng)幼鞯膱?zhí)行機(jī)構(gòu)。變槳控制箱3用于系統(tǒng)工作模式設(shè)定、工作狀態(tài)指示、手動(dòng)模式下工作指令給定等功能；上位機(jī)4通過PLC下載線與變槳控制平臺(tái)2的下位機(jī)PLC15連接，采用通用組態(tài)軟件“組態(tài)王”進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)了各種工作模式下的系統(tǒng)監(jiān)控功能。所述超級電容作為變槳距系統(tǒng)的后備電源，在三相380V輸入電壓掉電情況下可以為系統(tǒng)繼續(xù)供電，用以試驗(yàn)緊急變槳功能。充電機(jī)負(fù)責(zé)給超級電容充電。開關(guān)電源給PLC及其他開關(guān)電器等提供DC24V控制電源。在一定的風(fēng)速條件下，主控系統(tǒng)通過機(jī)組的實(shí)時(shí)狀態(tài)計(jì)算出槳距角設(shè)定值，變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過總線接收上位機(jī)槳距角設(shè)定值信號，跟蹤槳距角設(shè)定值曲線。本試驗(yàn)平臺(tái)通過上位機(jī)向變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)送控制信號，并記錄槳距角實(shí)時(shí)變化曲線，仿真結(jié)果如下變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制主要在于響應(yīng)主控向變槳發(fā)送的位置或速度信號命令，其中變槳位置響應(yīng)閉環(huán)一般由變槳PLC控制器實(shí)現(xiàn)。對變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)施加方波辨識信號，通過變槳測試平臺(tái)的電機(jī)絕對值編碼器的位置信號進(jìn)行變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)模型辨識，并基于辨識的模型進(jìn)行相關(guān)先進(jìn)控制器(z_n法、粒子群法和內(nèi)?？刂?設(shè)計(jì)。將以上控制器參數(shù)代入變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在給定位置設(shè)定值信號為正弦信號時(shí)，通過變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)絕對值編碼器記錄變槳裝置位置跟蹤情況。應(yīng)當(dāng)理解，以上借助優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行的詳細(xì)說明是示意性的而非限制性的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀本發(fā)明說明書的基礎(chǔ)上可以對各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或 者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳距系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試平臺(tái)，其特征在于，包括伺服電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)、變槳控制平臺(tái)、變槳控制箱和上位機(jī)；所述伺服電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)包括直流伺服電機(jī)、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器和磁粉制動(dòng)器組成，所述直流伺服電機(jī)通過轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器與磁粉制動(dòng)器連接；所述變槳控制平臺(tái)包括直流伺服驅(qū)動(dòng)器、充電機(jī)、變槳控制PLC以及分別與所述充電機(jī)和變槳控制PLC連接的超級電容和開關(guān)電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳距系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試平臺(tái)，其特征在于，所述直流伺服電機(jī)的軸端設(shè)置有用于電機(jī)絕對位置反饋的多圈絕對值編碼器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳距系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試平臺(tái)，其特征在于，所述伺服電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)還包括與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器連接的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速顯示儀和與磁粉制動(dòng)器連接的激磁電流給定裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳距系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試平臺(tái)，其特征在于，所述變槳控制PLC包括用于進(jìn)行變槳系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定、變槳角度給定、槳葉初始位置校準(zhǔn)、變槳系統(tǒng)狀態(tài)反饋以及需要主控參與的故障保護(hù)的變槳主控控制PLC和根據(jù)變槳主控控制PLC的指令動(dòng)作，完成位置閉環(huán)、伺服控制器速度給定、變槳角度反饋、限位開關(guān)狀態(tài)反饋、各種故障狀態(tài)反饋及保護(hù)動(dòng)作和后備電源工作切換功能的變槳內(nèi)部控制PLC。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳距系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試平臺(tái)，其特征在于，所述變槳控制箱用于系統(tǒng)工作模式設(shè)定、工作狀態(tài)指示、手動(dòng)模式下工作指令給定等功能。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳距系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試平臺(tái)，其特征在于，所述上位機(jī)通過PLC下載線與變槳控制平臺(tái)的下位機(jī)PLC連接，用于對各種工作模式下的系統(tǒng)監(jiān)控。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳距系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試平臺(tái)，包括伺服電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)、變槳控制平臺(tái)、變槳控制箱和上位機(jī)；所述伺服電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)包括直流伺服電機(jī)、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器和磁粉制動(dòng)器組成，所述直流伺服電機(jī)通過轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器與磁粉制動(dòng)器連接；所述變槳控制平臺(tái)包括直流伺服驅(qū)動(dòng)器、充電機(jī)、變槳控制PLC以及分別與所述充電機(jī)和變槳控制PLC連接的超級電容和開關(guān)電源。
文檔編號G01M15/00GK102759452SQ201210240699
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月11日
發(fā)明者劉京斗, 童亦斌, 謝樺 申請人:北京交通大學(xué)