基于转动惯量补偿策略的风电机组试验台失稳辨识方法技术

本发明专利技术公开了一种基于转动惯量补偿策略的风电机组试验台失稳辨识方法，首先测量风电机组试验台通信时延及其转动惯量大小，其次获取风电机组试验台内部计算的气动转矩指令、电磁转矩指令及拟模拟的风电机组转动惯量，进而实时估算每一时刻风电机组试验台稳定时的补偿转矩理论极限值，在此基础上，考虑噪声和阻尼补偿不准确等影响，对极限值进一步放大得到补偿转矩失稳判定边界，最后通过实时比较风电机组试验台真实采集的补偿转矩与补偿转矩失稳判定边界大小来监测风电机组试验台失稳与否。该方法能在风电机组试验台失稳发生的初期，在转速失稳振荡/飙升现象还未明显发生时，及时检测失稳状况，确保风电机组试验台在复杂应用环境下的安全稳定性。应用环境下的安全稳定性。应用环境下的安全稳定性。

【技术实现步骤摘要】
基于转动惯量补偿策略的风电机组试验台失稳辨识方法


[0001]本专利技术属于风力机模拟器领域，具体涉及一种基于转动惯量补偿策略的风电机组试验台失稳辨识方法。

技术介绍

[0002]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，风电机组试验台(后简称试验台)使得研究人员在实验室开展风力机实验成为可能。由于试验台的转动惯量要远远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。
[0003]该惯量补偿策略稳定性依赖试验台通信时滞和转动惯量的准确测量。面对复杂多变的试验环境，电磁干扰抑或人为干扰等因素都可能导致试验台本身测定好的通信时滞发生改变；而另一方面，尤其对于MW级试验台而言，受限于测定方式和测量设备，其本身转动惯量也更难被准确测量。以金风科技6MW传动试验台为例，在主控PLC采样周期为100ms的情况下，不同时刻测定得到试验台驱动侧通信时滞在80～140ms变化，而试验台三次测量所得的转动惯量测量值也在5.17
×
105～5.53
×
105kgm2波动。
[0004]变化的时滞及被不准确测量的试验台惯量大小都可能导致原有试验台给定的镇定策略失效，致使试验台发生转速大幅度振荡失稳/飙升等现象，造成生产安全事故。
[0005]因此，基于上述情况，目前迫切需要一种试验台失稳辨识方法，以期在试验台还未发生明显转速失稳振荡/飙升的现象前，便能监测到试验台失稳状况，从而确保生产设备及实验人员安全。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于针对上述现有技术存在的问题，提供一种基于转动惯量补偿策略的风电机组试验台失稳辨识方法。
[0007]实现本专利技术目的的技术解决方案为：第一方面，本专利技术提供一种基于转动惯量补偿策略的风电机组试验台失稳辨识方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1，确定风电机组试验台所要模拟的风力机机型，确定风力机的转动惯量J
t
；
[0009]步骤2，对风电机组试验台进行测试，确定风电机组试验台的转动惯量J
s
；
[0010]步骤3，对风电机组试验台进行测试，确定风电机组试验台的通信时滞k0；
[0011]步骤4，读取并记录PLC第k
‑
k0‑
1周期的气动转矩指令T
a
[k
‑
k0‑
1]，电磁转矩指令T
g
[k
‑
k0‑
1]；
[0012]步骤5，求取试验台稳定时，补偿转矩T
comp
[k]的理论最大极限值，并对其放大5％～10％得到补偿转矩失稳判定边界T
lim
；
[0013]步骤6，实时读取PLC第k周期的补偿转矩采集值T
comp
[k]，将其与步骤5计算的T
lim
比较大小，当T
comp
[k]＞T
lim
时，判定风电机组试验台失稳。
[0014]进一步地，步骤3中试验台通信时滞k0公式为：
[0015]k0＝[τ/T][0016]式中，τ是通信时滞时长，T是风电机组试验台的主控PLC采样周期。
[0017]进一步地，步骤5中试验台稳定时，T
lim
计算公式为：
[0018][0019]第二方面，本专利技术提供一种基于转动惯量补偿策略的风电机组试验台失稳辨识系统，包括：
[0020]第一模块，用于确定风电机组试验台所要模拟的风力机机型，确定风力机的转动惯量J
t
；
[0021]第二模块，用于对风电机组试验台进行测试，确定风电机组试验台的转动惯量J
s
；
[0022]第三模块，用于对风电机组试验台进行测试，确定风电机组试验台的通信时滞k0；
[0023]第四模块，读取并记录PLC第k
‑
k0‑
1周期的气动转矩指令T
a
[k
‑
k0‑
1]，电磁转矩指令T
g
[k
‑
k0‑
1]；
[0024]第五模块，求取试验台稳定时，补偿转矩T
comp
[k]的理论最大极限值，并对其放大5％～10％得到补偿转矩失稳判定边界T
lim
；
[0025]第六模块，实时读取PLC第k周期的补偿转矩采集值T
comp
[k]，将其与步骤5计算的T
lim
比较大小，当T
comp
[k]＞T
lim
时，判定风电机组试验台失稳。
[0026]第三方面，本专利技术提供一种计算机设备，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，所述处理器执行所述程序时实现第一方面所述的方法的步骤。
[0027]第四方面，本专利技术提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面所述的方法的步骤。
[0028]第五方面，本专利技术提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述的方法的步骤。
[0029]本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：现有试验台普遍通过准确测取试验台通信时滞和转动惯量大小来给定滤波器进行试验台镇定，但未进一步考虑到复杂多变的应用环境导致测定参数发生变化，致使试验台失稳的情况；本专利技术提出了一种基于惯量补偿策略的试验台失稳辨识方法，通过在试验台主控PLC中获取当前时刻气动转矩指令、电磁转矩指令以及试验台转动惯量和模拟风机转动惯量，估算未来时刻稳定时，采集的补偿转矩极限值，并考虑噪声和阻尼补偿误差等因素对估算的极限值进一步放大5％～10％得到补偿转矩失稳判定边界，在此基础上，通过实时比较最终采集的补偿转矩数值和失稳判定边界大小，来判定试验台是否失稳。本专利技术在运用惯量补偿策略模拟大型风电机组机械动态的风电机组试验台上，进一步完善了其安全监测系统，确保了试验台在复杂工况下的安全稳定性。本专利技术简单易行，监测效果明显。
[0030]下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。
附图说明
[0031]图1为本专利技术的基于转动惯量补偿策略的风电机组试验台失稳辨识方法流程图。
[0032]图2为15kW风电机组试验台结构拓扑图。
[0033]图3为本专利技术的考虑时延特性及采用高阶滤波器镇定时延影响的风电机组试验台离散化模型。
[0034]图4为15kW试验台因通信时滞变化导致失稳时，试验台转速轨迹对比及辨识方法辨识结果图。
[0035]图5为15kW试验台因试验台测定惯量不准导致失稳时，试验台转速轨迹对比及辨识方法辨识结果图。
[0036]图6为6MW本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于转动惯量补偿策略的风电机组试验台失稳辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定风电机组试验台所要模拟的风力机机型，确定风力机的转动惯量J
t
；步骤2，对风电机组试验台进行测试，确定风电机组试验台的转动惯量J
s
；步骤3，对风电机组试验台进行测试，确定风电机组试验台的通信时滞k0；步骤4，读取并记录PLC第k
‑
k0‑
1周期的气动转矩指令T
a
[k
‑
k0‑
1]，电磁转矩指令T
g
]k
‑
k0‑
1]；步骤5，求取试验台稳定时，补偿转矩T
comp
[k]的理论最大极限值，并对其放大5％～10％得到补偿转矩失稳判定边界T
lim
；步骤6，实时读取PLC第k周期的补偿转矩采集值T
comp
[k]，将其与步骤5计算的T
lim
比较大小，当T
comp
[k]＞T
lim
时，判定风电机组试验台失稳。2.根据权利要求1所述的风电机组试验台失稳辨识方法，其特征在于，步骤3中风电机组试验台通讯时滞确定为：k0＝[τ/T]式中，τ是通信时滞时长，T是风电机组试验台的主控PLC采样周期。3.根据权利要求1所述的风电机组试验台失稳辨识方法，其特征在于，步骤5中计算的风电机组试验台稳定时补偿转矩失稳判定边界T
lim
，其确定为：4.一种基于转动惯量补偿策略的风电机组试验台失稳辨识系统，其特征在于，包括：第一模块，用于确定风电机组试验台所要模拟的风力机机型，确定风力机的转动惯量J
t
；第二模块，用于对风电机组试验台进行测试，确定风电机组试验台的转动惯量J
s
；第三模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷明慧，盛天情，李群，李强，徐胜元，卜京，周连俊，陈载宇，汪成根，韩华春，邹云，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司电力科学研究院江苏省电力试验研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：