本实验台集机械、电气控制、远程监控于一体。用户可将编写好的控制程序下载到PLC控制器中，通过面板操作来观察桨距角的变换情况，通过人机交互界面来实时监控风电变桨控制实验台运行参数（主要包括：风速、力矩、变桨速度、桨距角、电机电压、电机电流、电机转速、电机转矩）。通过模拟风电机组的变桨执行机构及变桨控制过程，用户通过编程能够实现PLC和伺服驱动数据交换，并以此为基础实现开桨和关桨动作。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本实验台集机械、电气控制、远程监控于一体。用户可将编写好的控制程序下载到PLC控制器中，通过面板操作来观察桨距角的变换情况，通过人机交互界面来实时监控风电变桨控制实验台运行参数（主要包括：风速、力矩、变桨速度、桨距角、电机电压、电机电流、电机转速、电机转矩）。通过模拟风电机组的变桨执行机构及变桨控制过程，用户通过编程能够实现PLC和伺服驱动数据交换，并以此为基础实现开桨和关桨动作。【专利说明】
: 本专利技术属于风力发电的高教仪器设备领域，用于风电机组变桨控制的实验和教学。
技术介绍
:作为风力资源丰富的国家之一，我国在风力发电机组的国产化方面也取得了较快进展。但是我国风力发电事业还处于起步阶段，机组控制技术与国外先进技术也有较大差距。 变桨模块是当前变速风机的核心模块之一，其功能是实现桨距角的大小调节。随着风机尺寸和容量的增大，当前风机的变桨执行机构常采用液压或电动器件，风力发电的电动变桨距机构在机组运行维护过程中一直是频繁的故障源。 设计规划一套模拟风电机组的变桨执行机构及实现变桨控制原理的实验台，可以作为变桨距机构维修维护技能训练的最佳设备，从而保证高效、可靠的桨距角控制。 独立变桨控制技术已成为目前的研究主流，专业人士和学生可通过该实验台研究独立变桨控制技术。 到目前为止，国内有一些关于风力发电变桨实验台的相关研究。例如《大功率风力发电机组变桨轴承实验台》(申请号201020195748.9)公开的是一种大功率风力发电机组变桨轴承试验台，在满足模拟风况加载的情况下，避免加载轴转动对试验的影响；《全数字化的电动变桨系统功能实验台》(申请号201020240939.2)公开的是提供一种能够模拟风电机组变桨功能，无需上塔架测试只需在实验室条件下就可以进行对单个桨叶进行变桨功能测试的实验台；《一种风力发电控制系统仿真实验台》(申请号200920248192.2)公开的是一种对风力发电系统进行模拟仿真的实验台，其目的是解决以往利用真机进行的风力发电机的研发实验中，过程繁琐和耗费较大的人力及物力的问题；《风力发电机变桨回转支撑实验台》(申请号200910262820.7)公开的是一种可以对不同规格的风力发电机变桨回转支撑进行寿命实验的风力发电机变桨回转支撑实验台，可以用于评估风力发电机变桨回转支撑的制造质量，为建立变桨回转支撑相关计算模型提供实验数据。 风力发电机变桨实验台的形式多为机械构成，没有把电气控制及监控联系到一起。
技术实现思路
专利技术目的:本专利技术提供了一种，其目的是填补已有实验台的不足之处，以满足多方位的教学需求。 技术方案:本专利技术是通过以下技术方案来实现的: 一种大型风电机组电动变桨距实验台，其特征在于:该由电气部分和机械部分组成，其中电气部分包括:王控制器、驱动控制系统、轴系控制系统、电网/电池供电切换系统、上位机监控、输入输出操作面板；机械部分包括:磁粉制动器、减速机、小齿轮、叶根、位置和速度传感器；主控制器与驱动控制通过实时以太网连接，驱动控制系统通过DriveCLiQ接口与轴系统进行数据交换，主控制器与电网/电池供电切换系统和输入输出操作面板通过实时以太网进行数据交换，主控制器与上位机监控通过UDP进行实时通讯；轴承座固定在工作台上，变桨轴承固定在该轴承座上，小齿轮与变桨轴承连接，小齿轮与减速机固定在一起，减速机与磁粉制动器通过联轴器固定在一起，磁粉制动器再与伺服电机固定在一起；在变桨轴承齿轮上安装一个具有齿轮的位置编码器，PLC通过模拟量可以监测到桨距角位置；伺服电机动力线接到驱动器的输出端，驱动控制系统通过Drive CLiQ接口与电机编码器进行数据交换。 利用上述的大型风电机组电动变桨距实验台进行的模拟试验方法，其特征在于:该装置实现三种方法，具体为:采用磁粉制动器来进行不同风速下叶根载荷非线性模拟方法，实现变制动力矩加载；采用风速前馈的变桨距PID非线性双闭环控制方法，使得变桨系统对外部扰动和系统参数变化有较强的抗扰能力；通过网络通信可实现三轴联动、联合控制实验方法，实现真实风机的三叶片变桨动作； 变制动力矩的叶根载荷模拟方法，依据叶片载荷坐标系，在专业风机载荷评估软件Bladed中模拟出某代表机型叶片根部Mx，My，Mz随风速的变化情况；在机组运行正常和极端情况下，采用磁粉制动器来模拟随风速变化的叶根载荷非线性变化情况，以测试变桨距控制的方法； PID非线性双闭环控制方法，将闭环和开环控制结合起来，提高了系统的动态性能；在不影响系统稳态性能条件下，有效地提高了变桨系统动态响应速度和抗风速扰动性倉泛； 本实验台整机通讯采用基于TCP/IP的PR0FINET实时以太网，实现三轴联动、联合控制的实验方法，每一个变桨执行机构都可以做到独立的安全制动；即使是在变桨执行机构失效时，只要有一个变桨机构动作，就可以使叶轮转速降低到安全转速。 变制动力矩的叶根载荷模拟方法: 首先，建立各桨叶沿着纵向轴转动的基本方程也就是桨叶改变桨距角的动态方程，根据角动量守恒定律得到下面的方程: 【权利要求】1.一种大型风电机组电动变桨距实验台，其特征在于:该由电气部分和机械部分组成，其中电气部分包括:王控制器、驱动控制系统、轴系控制系统、电网/电池供电切换系统、上位机监控、输入输出操作面板；机械部分包括:磁粉制动器、减速机、小齿轮、叶根、位置和速度传感器；主控制器与驱动控制通过实时以太网连接，驱动控制系统通过DriveCLiQ接口与轴系统进行数据交换，主控制器与电网/电池供电切换系统和输入输出操作面板通过实时以太网进行数据交换，主控制器与上位机监控通过UDP进行实时通讯；轴承座固定在工作台上，变桨轴承固定在该轴承座上，小齿轮与变桨轴承连接，小齿轮与减速机固定在一起，减速机与磁粉制动器通过联轴器固定在一起，磁粉制动器再与伺服电机固定在一起；在变桨轴承齿轮上安装一个具有齿轮的位置编码器，PLC通过模拟量可以监测到桨距角位置；伺服电机动力线接到驱动器的输出端，驱动控制系统通过Drive CLiQ接口与电机编码器进行数据交换。2.利用权利要求1所述的大型风电机组电动变桨距实验台进行的模拟试验方法，其特征在于:该装置实现三种方法，具体为:采用磁粉制动器来进行不同风速下叶根载荷非线性模拟方法，实现变制动力矩加载；采用风速前馈的变桨距PID非线性双闭环控制方法，使得变桨系统对外部扰动和系统参数变化有较强的抗扰能力；通过网络通信可实现三轴联动、联合控制实验方法，实现真实风机的三叶片变桨动作； 变制动力矩的叶根载荷模拟方法，依据叶片载荷坐标系，在专业风机载荷评估软件Bladed中模拟出某代表机型叶片根部Mx，My, Mz随风速的变化情况；在机组运行正常和极端情况下，采用磁粉制动器来模拟随风速变化的叶根载荷非线性变化情况，以测试变桨距控制的方法； PID非线性双闭环控制方法，将闭环和开环控制结合起来，提高了系统的动态性能；在不影响系统稳态性能条件下，有效地提高了变桨系统动态响应速度和抗风速扰动性能； 本实验台整机通讯采用基于TCP/IP的PROFINET实时以太网，实现三轴联动、联合控制的实验方法，每一个变桨执行机构都可以做到独立的安全制动；本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种大型风电机组电动变桨距实验台，其特征在于：该由电气部分和机械部分组成，其中电气部分包括：主控制器、驱动控制系统、轴系控制系统、电网/电池供电切换系统、上位机监控、输入输出操作面板；机械部分包括：磁粉制动器、减速机、小齿轮、叶根、位置和速度传感器；主控制器与驱动控制通过实时以太网连接，驱动控制系统通过Drive CLiQ接口与轴系统进行数据交换，主控制器与电网/电池供电切换系统和输入输出操作面板通过实时以太网进行数据交换，主控制器与上位机监控通过UDP进行实时通讯；轴承座固定在工作台上，变桨轴承固定在该轴承座上，小齿轮与变桨轴承连接，小齿轮与减速机固定在一起，减速机与磁粉制动器通过联轴器固定在一起，磁粉制动器再与伺服电机固定在一起；在变桨轴承齿轮上安装一个具有齿轮的位置编码器，PLC通过模拟量可以监测到桨距角位置；伺服电机动力线接到驱动器的输出端，驱动控制系统通过Drive CLiQ接口与电机编码器进行数据交换。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：邢作霞，王雅光，段振云，赵文辉，井艳军，钟明昉，王海鑫，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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