专利名称：风力发电机组变桨距系统实验测试平台的制作方法
技术领域：
本发明涉及风力发电领域，具体涉及到一种风力发电机组变桨距系统实验测试平台。
背景技术：
风能作为目前最具有商业价值的可再生能源已经越来越多的应用到实际生产中。MW级变速变桨风力发电机组是目前主流的风能大规模利用设备，而由于其结构复杂、非线性特性严重、随动特性明显等特点，变速变桨风力发电机组控制技术成为目前研究的热点之一。变桨控制是指丽级变速变桨风电机组运行在高于额定风速的情况下，通过变桨距装置动态调节桨距角度，保证风轮吸收能量恒定，维持风轮转速及风电机组输出功率恒定。由于风轮空气动力学的强非线性特性、变桨执行机构的纯滞后特点以及外部风速的湍流特 性，变桨控制技术一直是变速变桨风力发电机组控制技术研究的重点和难点之一。因而有必要在实验室内搭建变桨距系统实验测试平台，以深入研究变桨距控制技术，同时掌握变桨距系统中关键电气零部件的初步选型和考核，为变桨距系统样机的设计和实现打下基础。

发明内容
为解决以上问题，本发明提供了一种风力发电机组变桨距系统实验测试平台。其实现的具体技术方案如下
一种风力发电机组变桨距系统实验测试平台，包括伺服电机试验台、变桨控制平台、变桨控制箱和上位机；所述伺服电机试验台包括直流伺服电机、转矩转速传感器和磁粉制动器组成，所述直流伺服电机通过转矩转速传感器与磁粉制动器连接；所述变桨控制平台包括直流伺服驱动器、充电机、变桨控制PLC以及分别与所述充电机和变桨控制PLC连接的超级电容和开关电源。进一步，所述直流伺服电机的轴端设置有用于电机绝对位置反馈的多圈绝对值编码器。进一步，所述伺服电机试验台还包括与转矩转速传感器连接的转矩转速显示仪和与磁粉制动器连接的激磁电流给定装置。进一步，所述变桨控制PLC包括用于进行变桨系统的参数设定、变桨角度给定、桨叶初始位置校准、变桨系统状态反馈以及需要主控参与的故障保护的变桨主控控制PLC和根据变桨主控控制PLC的指令动作，完成位置闭环、伺服控制器速度给定、变桨角度反馈、限位开关状态反馈、各种故障状态反馈及保护动作和后备电源工作切换功能的变桨内部控制 PLC。进一步，所述变桨控制箱用于系统工作模式设定、工作状态指示、手动模式下工作指令给定等功能。进一步，所述上位机通过PLC下载线与变桨控制平台的下位机PLC连接，用于对各种工作模式下的系统监控。本发明的优点在于
变桨距系统实验测试平台可以在实验室环境下模拟风机主控和变桨执行机构控制通信，实现基于虚拟环境下的变桨执行机构测试联调，同时通过磁粉制动器模拟不同风况情况下的变桨系统载荷波动，确保变桨控制策略在外部载荷剧烈波动的情况下的有效性和实用性。


图I :风力发电机组变桨距系统实验测试平台结构示意图。
具体实施方式

如图I所示为风力发电机组变桨距系统实验测试平台结构示意图，所述风力发电机组变桨距系统实验测试平台包括变桨控制平台I、伺服电机试验台2、变桨控制箱3、上位机4。变桨控制平台I的主要组成部分包括直流伺服驱动器11、充电机12、超级电容13、24V开关电源14和PLC15。PLC15是变桨距系统实验测试平台的控制核心，负责完成整个系统的工作控制、故障检测和与上位机4的通信等工作；直流伺服驱动器11用于控制直流伺服电机5，执行变桨操作；超级电容13作为变桨距系统的后备电源，在三相380V输入电压掉电情况下可以为系统继续供电，用以试验紧急变桨功能；充电机12负责给超级电容13充电；开关电源14给PLC15及其他开关电器等提供DC24V控制电源。伺服电机试验台2上安装了同轴的直流伺服电机5、转矩转速传感器6和磁粉制动器7各一台，直流伺服电机的轴端安装了一个多圈绝对值编码器8用于电机绝对位置的反馈，磁粉制动器配合激磁电流给定装置9可以作为恒转矩负载使用，转矩转速传感器配合转矩转速显示仪10用于电机试验台转矩转速的测量及显示。所述变桨控制PLC15包括变桨主控控制PLC和变桨内部控制PLC。变桨主控控制PLC可用于进行变桨系统的参数设定(包括位置环PI参数、最大/最小变桨速度等)、变桨角度给定(应包括开环给定[定速]和闭环角度给定)、桨叶初始位置校准、变桨系统状态反馈以及需要主控参与的故障保护等。变桨内部控制PLC根据变桨主控控制PLC的指令动作，完成位置闭环(包括PI参数调节)、伺服控制器速度给定、变桨角度反馈、限位开关状态反馈、各种故障状态反馈及保护动作和后备电源工作切换等功能；在没有变桨主控控制PLC的情况下，变桨内部控制PLC可以根据外部给入的模拟量和数字量信号作为指令进行工作。伺服电机试验台I是变桨动作的执行机构。变桨控制箱3用于系统工作模式设定、工作状态指示、手动模式下工作指令给定等功能；上位机4通过PLC下载线与变桨控制平台2的下位机PLC15连接，采用通用组态软件“组态王”进行编程，实现了各种工作模式下的系统监控功能。所述超级电容作为变桨距系统的后备电源，在三相380V输入电压掉电情况下可以为系统继续供电，用以试验紧急变桨功能。充电机负责给超级电容充电。开关电源给PLC及其他开关电器等提供DC24V控制电源。在一定的风速条件下，主控系统通过机组的实时状态计算出桨距角设定值，变桨距执行机构通过总线接收上位机桨距角设定值信号，跟踪桨距角设定值曲线。本试验平台通过上位机向变桨执行机构发送控制信号，并记录桨距角实时变化曲线，仿真结果如下变桨距执行机构的控制主要在于响应主控向变桨发送的位置或速度信号命令，其中变桨位置响应闭环一般由变桨PLC控制器实现。对变桨执行机构施加方波辨识信号，通过变桨测试平台的电机绝对值编码器的位置信号进行变桨执行机构模型辨识，并基于辨识的模型进行相关先进控制器(z_n法、粒子群法和内模控制)设计。将以上控制器参数代入变桨距执行机构，在给定位置设定值信号为正弦信号时，通过变桨执行机构绝对值编码器记录变桨装置位置跟踪情况。应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或 者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
权利要求
1.一种风力发电机组变桨距系统实验测试平台，其特征在于，包括伺服电机试验台、变桨控制平台、变桨控制箱和上位机；所述伺服电机试验台包括直流伺服电机、转矩转速传感器和磁粉制动器组成，所述直流伺服电机通过转矩转速传感器与磁粉制动器连接；所述变桨控制平台包括直流伺服驱动器、充电机、变桨控制PLC以及分别与所述充电机和变桨控制PLC连接的超级电容和开关电源。
2.根据权利要求I所述的风力发电机组变桨距系统实验测试平台，其特征在于，所述直流伺服电机的轴端设置有用于电机绝对位置反馈的多圈绝对值编码器。
3.根据权利要求I所述的风力发电机组变桨距系统实验测试平台，其特征在于，所述伺服电机试验台还包括与转矩转速传感器连接的转矩转速显示仪和与磁粉制动器连接的激磁电流给定装置。
4.根据权利要求I所述的风力发电机组变桨距系统实验测试平台，其特征在于，所述变桨控制PLC包括用于进行变桨系统的参数设定、变桨角度给定、桨叶初始位置校准、变桨系统状态反馈以及需要主控参与的故障保护的变桨主控控制PLC和根据变桨主控控制PLC的指令动作，完成位置闭环、伺服控制器速度给定、变桨角度反馈、限位开关状态反馈、各种故障状态反馈及保护动作和后备电源工作切换功能的变桨内部控制PLC。
5.根据权利要求I所述的风力发电机组变桨距系统实验测试平台，其特征在于，所述变桨控制箱用于系统工作模式设定、工作状态指示、手动模式下工作指令给定等功能。
6.根据权利要求I所述的风力发电机组变桨距系统实验测试平台，其特征在于，所述上位机通过PLC下载线与变桨控制平台的下位机PLC连接，用于对各种工作模式下的系统监控。
全文摘要
本发明涉及一种风力发电机组变桨距系统实验测试平台，包括伺服电机试验台、变桨控制平台、变桨控制箱和上位机；所述伺服电机试验台包括直流伺服电机、转矩转速传感器和磁粉制动器组成，所述直流伺服电机通过转矩转速传感器与磁粉制动器连接；所述变桨控制平台包括直流伺服驱动器、充电机、变桨控制PLC以及分别与所述充电机和变桨控制PLC连接的超级电容和开关电源。
文档编号G01M15/00GK102759452SQ201210240699
公开日2012年10月31日 申请日期2012年7月11日 优先权日2012年7月11日
发明者刘京斗, 童亦斌, 谢桦 申请人:北京交通大学