【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及风电机组仿真，具体涉及一种风电机组仿真中的整机运动学建模方法、系统及设备。
技术介绍
1、随着超大型机组发展和超长叶片、高柔塔、海上风电等新技术的应用，与复杂环境载荷相互叠加，风电机组运行特性超出原有整机耦合仿真技术的适用范畴。研究风电机组运动学建模技术，通过浮动坐标系法描述整机刚柔耦合多体系统的运动关系,研究机组多体动力学耦合建模技术，考虑部件动力学特性及耦合连接约束关系，构建整机刚柔耦合动力学方程组。
2、多刚体系统建模方法-笛卡尔方法，以系统中每一个物体为单元，建立固结在刚体上的坐标系，刚体的位置相对于一个公共参考基进行定义，其位置坐标（也可称为广义坐标）统一为刚体坐标系基点的笛卡尔坐标与坐标系的方位坐标，方位坐标可以选用欧拉角或欧拉参数。单个物体位置坐标在二维系统中为3个，三维系统中为6个。对于由n个刚体组成的系统，位置坐标矩阵中的坐标个数为3n（二维）或6n（三维），由于铰约束的存在，这些位置坐标不独立。系统动力学模型的一般形式可表示为
3、
4、式中，ф为位置坐标矩阵q的约束方程，为约束方程的雅可比矩阵，λ为拉格朗日因子，a、b为常数，为加速度。笛卡尔方法适用于多刚体系统，q为位置矩阵，t为时间。
5、其方法适宜于计算机自动建立的多刚体模型，不适用于由叶片、轮毂、传动链、发电机、机舱、偏航、塔架等多种部件组成的复杂风机发电机组。
技术实现思路
1、为了解决现有技术采用笛卡尔方法适宜于计算机自动建立的多刚体模型
2、基于风电机组各部件组成特征，建立风电机组全局坐标系和各部件坐标系；
3、由风电机组全局坐标系、各部件坐标系间坐标转换的方向余弦矩阵反映动力学特征传递机制；
4、根据风电机组中各部件之间的连接关系，设置部件间耦合约束；
5、由所述风电机组全局坐标系、各部件坐标系，结合动力学特征传递机制和部件间耦合约束构建运动学模型；
6、其中，所述耦合约束包括固定约束和旋转铰约束。
7、可选地，所述基于风电机组各部件组成特征，建立风电机组全局坐标系和各部件坐标系，包括：
8、以塔底中心为坐标原点，沿机组前后方向为 x方向，沿机组左右方向为 y方向，沿机组高度方向为 z方向，建立风电机组全局坐标系 xyz；
9、将风电机组中易发生弹性变形的个体构建为柔性部件坐标系；
10、将风电机组中不易发生弹性变形的个体构建刚性部件坐标系。
11、可选地，所述将风电机组中不易发生弹性变形的个体构建刚性部件坐标系，包括：
12、以塔筒任意截面中心为坐标原点，沿机组前后方向为 x tj方向，沿机组左右方向为 y tj方向，沿机组高度方向为 z tj方向，建立塔筒坐标系 x tj y tj z tj；
13、以偏航轴承中心为坐标原点，由全局坐标系ics的 x、 y绕 z轴旋转机舱偏航角 θyaw作为机组初始状态下 x n、 y n，沿机组高度方向为 z n，建立机舱偏航坐标系 x n y n z n。
14、可选地，所述将风电机组中易发生弹性变形的个体构建为柔性部件坐标系，包括：
15、以轮毂质心为坐标系原点，由机舱偏航坐标系的 x n、 z n绕 y n轴旋转主轴倾角 θtilt得到 x h、 z h构建轮毂坐标系 x h y h z h；
16、以叶根变桨中心为坐标系原点，由轮毂坐标系绕 x h方向转动叶片所在相位角 φ为 x br，绕 y h轴转动该叶片锥角 θcone为 y br，绕轴转动初始安装角 θset为 z br构建叶根坐标系 x br y br z br；
17、以叶片任意截面弹性中心为坐标原点，由叶根坐标系的 x br、 y br、 z br分别根据弹性轴的方向旋转设定角度，并通过平移得到 x bi、 y bi、 z bi，构建叶片坐标系 x bi 本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种风电机组仿真中的整机运动学建模方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于风电机组各部件组成特征，建立风电机组全局坐标系和各部件坐标系，包括：
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将风电机组中不易发生弹性变形的个体构建刚性部件坐标系，包括：
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将风电机组中易发生弹性变形的个体构建为柔性部件坐标系，包括：
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述由风电机组全局坐标系、各部件坐标系间坐标转换的方向余弦矩阵反映动力学特征传递机制，包括：
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述各坐标系间坐标转换的方向余弦矩阵包括：塔筒坐标系转换到全局坐标系的方向余弦矩阵、机舱偏航坐标系转换到塔筒坐标系的方向余弦矩阵、轮毂坐标系转换到机舱偏航坐标系的方向余弦矩阵、第一、二、三支叶片叶根坐标系转换到轮毂坐标系的方向余弦矩阵和叶片坐标系转换到叶根坐标系的方向余弦矩阵。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将塔筒坐标系转换到全局坐标系的
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述机舱偏航坐标系转换到塔筒坐标系的方向余弦矩阵如下：
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述轮毂坐标系转换到机舱偏航坐标系的方向余弦矩阵如下：
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，第一支叶片叶根坐标系转换到轮毂坐标系的方向余弦矩阵如下：
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，第二、三支叶片叶根坐标系转换到轮毂坐标系的方向余弦矩阵如下：
12.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述叶片坐标系转换到叶根坐标系的方向余弦矩阵如下：
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据风电机组中各部件之间的连接关系，设置部件间耦合约束，包括：
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述旋转铰约束包括：机舱和轮毂两方向相对转动约束的速度约束方程和加速度约束方程。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述机舱和轮毂两方向相对转动约束的速度约束方程如下所示：
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述加速度约束方程如下所示：
17.一种风电机组仿真中的整机运动学建模系统，其特征在于，包括：
18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述坐标系构建模块包括：
19.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述柔性部件坐标构建子模块具体用于：
20.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器和存储器；所述存储器和处理器通过总线相连；
21.一种可读存储介质，其特征在于，其上存有执行程序，所述执行程序被执行时，实现如权利要求1至16中任一项所述的一种风电机组仿真中的整机运动学建模方法。
...【技术特征摘要】
1.一种风电机组仿真中的整机运动学建模方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于风电机组各部件组成特征，建立风电机组全局坐标系和各部件坐标系，包括：
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将风电机组中不易发生弹性变形的个体构建刚性部件坐标系，包括：
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将风电机组中易发生弹性变形的个体构建为柔性部件坐标系，包括：
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述由风电机组全局坐标系、各部件坐标系间坐标转换的方向余弦矩阵反映动力学特征传递机制，包括：
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述各坐标系间坐标转换的方向余弦矩阵包括：塔筒坐标系转换到全局坐标系的方向余弦矩阵、机舱偏航坐标系转换到塔筒坐标系的方向余弦矩阵、轮毂坐标系转换到机舱偏航坐标系的方向余弦矩阵、第一、二、三支叶片叶根坐标系转换到轮毂坐标系的方向余弦矩阵和叶片坐标系转换到叶根坐标系的方向余弦矩阵。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将塔筒坐标系转换到全局坐标系的方向余弦矩阵如下：
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述机舱偏航坐标系转换到塔筒坐标系的方向余弦矩阵如下：
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述轮毂坐标系转换到机舱偏航坐标系的方向余弦矩阵如下：
10.如权利要求6所述的方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵娜，贾海坤，薛扬，王瑞明，毕然，马晓晶，张利，孔令行，周传迪，李瀚涛，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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