CN108167132B - 液压变桨低压穿越模拟系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液压变桨低压穿越模拟系统及测试方法，涉及风力发电测试领域。该液压变桨低压穿越测试方法包括：工况模拟器模拟风力发电机组的低压运行状态，并向控制器发出低压运行控制指令；控制器接收低压运行控制指令，并根据低压运行控制指令控制液压变桨模拟组件和负载模拟组件在低压运行状态下运行；数据采集系统采集液压变桨模拟组件在低压运行状态下的实际运行参数，并将实际运行参数发送给控制器；控制器根据实际运行参数，确定低电压穿越是否成功。利用本发明的技术方案能够避免出现在风力发电机组现场进行低电压穿越测试导致的对电网及风电场中的其他设备的损害。

Description

液压变桨低压穿越模拟系统及测试方法

技术领域

本发明涉及风力发电测试领域，尤其涉及一种液压变桨低压穿越模拟系统及测试方法。

背景技术

风力发电机组是将风能转换成电能的设备。在风力发电机组运行的过程中，电网侧可为风力发电机组供电。当电网发生故障或扰动引起的风电场并网点电压跌落时，风力发电机组可能会发生故障，从而对风力发电机组造成损害，并降低了风力发电效率。

为了避免对风力发电机组造成损害，以及避免风力发电效率降低，可通过设计风力发电机组，使风力发电机组能够实现低电压穿越。低电压穿越指电网发生故障或扰动引起的风电场并网点电压跌落时，在电压跌落的范围内，风力发电机组可不间断地并网运行。液压变桨系统是风力发电机组中的关键部件，液压变桨系统在低电压条件下是否能够保持正常运行是风力发电机组能否实现低电压穿越的重要因素。因此需要对液压变桨系统进行低电压穿越测试。目前，采用现场测试的方法来对液压变桨系统进行低电压穿越测试，即在风电场内风力发电机组的升压变压器的高压侧放置电压跌落发生装置，人为制造电压跌落故障。但电压跌落故障也会对电网及风电场中的其他设备造成不良影响，甚至损害电网及风电场中的其他设备。

发明内容

本发明实施例提供了一种液压变桨低压穿越模拟系统及测试方法，能够避免出现在风力发电机组现场进行低电压穿越测试导致的对电网及风电场中的其他设备的损害，保护电网及风电场中的其他设备的安全。

第一方面，本发明实施例提供了一种液压变桨低压穿越模拟系统，包括工况模拟器、控制器、液压变桨模拟组件、负载模拟组件和数据采集系统；工况模拟器用于模拟风力发电机组的运行状态，并向控制器发出控制指令，运行状态包括低压运行状态，控制指令包括低压运行控制指令；液压变桨模拟组件用于在控制器的控制下，模拟风力发电机组的运行状态下液压变桨系统的运行；负载模拟组件用于在控制器的控制下，模拟风力发电机组的运行状态下液压变桨系统运行受到的外部负载；数据采集系统用于采集液压变桨模拟组件在低压运行状态下的实际变桨位置，并将实际运行参数发送给控制器。

在第一方面的一些实施例中，液压变桨模拟组件与负载模拟组件通过旋转件连接，旋转件包括第一连接端和第二连接端，旋转件的第一连接端与变桨模拟组件的一端可活动连接，旋转件的第二连接端与负载模拟组件的一端可活动连接。

在第一方面的一些实施例中，液压变桨模拟组件包括变桨油缸、变桨液压泵、变桨油箱、变桨蓄能器和变桨比例阀组；变桨油缸具有变桨活塞杆，变桨活塞杆伸出变桨油缸与旋转件的第一连接端可活动连接；变桨比例阀组包括A口、B口、P口和T口，其中，变桨比例阀组的A口与变桨油缸的大腔端相连，变桨比例阀组的B口与变桨油缸的小腔端相连，变桨液压泵分别与变桨比例阀组的P口和变桨油箱相连，变桨比例阀组的T口也与变桨油箱相连，变桨蓄能器设置于变桨比例阀组的P口与变桨液压泵之间的管路上；控制器分别与变桨液压泵和变桨比例阀组连接，控制器根据控制指令，控制变桨液压泵的开关及控制变桨比例阀组的开合度，使变桨活塞杆受到变桨油缸中油压驱动，由变桨活塞杆带动旋转件的第一连接端，使旋转件旋转。

在第一方面的一些实施例中，负载模拟组件包括负载油缸、负载液压泵、负载油箱和负载比例阀组；负载油缸具有负载活塞杆，负载活塞杆伸出负载油缸的一端与旋转件的第二连接端可活动连接；负载比例阀组包括A口、B口、P口和T口，其中，负载比例阀组的A口与负载油缸的大腔端相连，负载比例阀组的B口与负载油缸的小腔端相连，负载液压泵分别与负载比例阀组的P口和负载油箱相连，负载比例阀组的T口也与负载油箱相连；控制器分别与负载液压泵和负载比例阀组连接，控制器根据控制指令，控制负载液压泵的开关及控制负载比例阀组的开合度，使负载活塞杆受到负载油缸中油压驱动，由负载活塞杆带动旋转件的第二连接端，使旋转件旋转。

在第一方面的一些实施例中，数据采集系统包括设置于旋转件上的旋角测量器，旋角测量器用于测量旋转件的旋转角度；控制器用于根据旋转角度，得到液压变桨模拟组件模拟出的变桨位置。

在第一方面的一些实施例中，数据采集系统包括设置于变桨活塞杆上的运动距离传感器，运动距离传感器用于测量变桨活塞杆的运动距离；控制器用于根据变桨活塞杆的运动距离，得到液压变桨模拟组件模拟出的变桨位置。

在第一方面的一些实施例中，控制器包括变桨控制器和负载控制器；其中，变桨控制器与液压变桨模拟组件连接，变桨控制器用于根据控制指令，控制液压变桨模拟组件模拟风力发电机组的运行状态下液压变桨系统的运行；负载控制器与负载模拟组件连接，负载控制器用于根据控制指令，控制液压变桨模拟组件模拟风力发电机组的运行状态下液压变桨系统运行受到的外部负载。

在第一方面的一些实施例中，工况模拟器包括相连接的风机控制器和仿真器；风机控制器与变桨控制器连接，风机控制器用于根据仿真器输出的与风力发电机组的运行状态对应的运行状态数据，得到表征变桨的控制指令，并将表征变桨的控制指令发送至变桨控制器；仿真器与负载控制器连接，仿真器用于将模拟得到的与风力发电机组的运行状态对应的运行状态数据发送至负载控制器。

第二方面，本发明实施例提供了一种液压变桨低压穿越测试方法，应用于上述技术方案中的液压变桨低压穿越模拟系统，液压变桨低压穿越测试方法包括：工况模拟器获取液压变桨模拟组件中的变桨蓄能器的油压，并判断变桨蓄能器的油压是否低于最低油压阈值；若变桨蓄能器的油压低于最低油压阈值，工况模拟器模拟风力发电机组的低压运行状态，并向控制器发出低压运行控制指令；控制器接收低压运行控制指令，并根据低压运行控制指令控制液压变桨模拟组件和负载模拟组件在低压运行状态下运行；数据采集系统采集液压变桨模拟组件在低压运行状态下的实际变桨位置，并将实际变桨位置发送给控制器；控制器根据实际变桨位置和设置的期望变桨位置，确定低电压穿越是否成功。

在第二方面的一些实施例中，控制器根据实际变桨位置和设置的期望变桨位置，确定低电压穿越是否成功，包括：控制器比较一段时长内的期望变桨位置和实际变桨位置；若一段时长内的期望变桨位置和实际变桨位置之间的偏差小于或等于安全偏差阈值，则控制器确定低电压穿越成功；若一段时长内的期望变桨位置和实际变桨位置之间的偏差大于安全偏差阈值，则控制器确定低电压穿越失败。

在第二方面的一些实施例中，根据低压运行控制指令控制液压变桨模拟组件在低压运行状态下运行，包括：根据低压运行控制指令控制液压变桨模拟组件中的变桨液压泵停止运行。

在第二方面的一些实施例中，根据低压运行控制指令控制液压变桨模拟组件中的液压泵停止运行，包括：根据低压运行控制指令控制变桨液压泵的电源关闭；或者，根据低压运行控制指令断开变桨液压泵与变桨液压泵的电源之间的继电器。

本发明实施例提供了一种液压变桨低压穿越模拟系统及测试方法。液压变桨低压穿越模拟系统包括工况模拟器、控制器、液压变桨模拟组件、负载模拟组件和数据采集系统。可由工况模拟器模拟风力发电机组的低压运行状态，向控制器发出低压运行控制指令。控制器根据低压控制指令，控制液压变桨模拟组件和负载模拟组件在低压运行状态下运行。数据采集系统采集液压变桨模拟组件和负载模拟组件的实际运行参数。控制器利用实际运行参数，确定低电压穿越是否成功。从而不需要在风力发电机组现场进行低电压穿越测试，可通过液压变桨低压穿越模拟系统在实验室等场所进行低电压穿越测试。避免出现在风力发电机组现场进行低电压穿越测试导致的对电网及风电场中的其他设备的损害，保护电网及风电场中的其他设备的安全。

附图说明

从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。

图1为本发明一实施例中一种液压变桨低压穿越模拟系统的结构示意图；

图2为本发明另一实施例中一种液压变桨低压穿越模拟系统的结构示意图；

图3为本发明一实施例中一种液压变桨低压穿越测试方法的流程图。

附图标注说明：

10-液压变桨低压穿越模拟系统；11-工况模拟器；12-控制器；

13-液压变桨模拟组件；14-负载模拟组件；15-数据采集系统；

16-旋转件；17-支撑架；18-旋转支点；111-仿真器；

112-风机控制器；121-变桨控制器；122-负载控制器；

131-变桨油缸；132-变桨液压泵；133-变桨油箱；

134-变桨比例阀组；141-负载油缸；142-负载液压泵；

143-负载油箱；144-负载比例阀组；151-运动距离传感器；

152-旋角测量器；161-第一连接端；162-第二连接端。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明绝不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。

应用本发明实施例中的模拟液压变桨低压穿越模拟系统可模拟风力发电机组各个运行状态下液压变桨系统的运行。并可利用本发明实施例中的液压变桨低压穿越测试方法，在模拟风力发电机组各个运行状态下液压变桨系统运行的过程中，进行低电压穿越测试。不需要在风力发电机组现场测试，提高低电压穿越测试的测试效率，并且能够避免现场测试会引发的对电网及风电场中的其他设备的损害。而且，通过在模拟风力发电机组各个运行状态下液压变桨系统运行的过程中，进行低电压穿越测试，还可获取低电压穿越测试过程中产生的测试参数，根据测试参数可以验证低电压穿越测试中控制算法的合理性，从而便于对控制算法进行调整和优化。

图1为本发明一实施例中一种液压变桨低压穿越模拟系统10的结构示意图。如图1所示，液压变桨低压穿越模拟系统10包括工况模拟器11、控制器12、液压变桨模拟组件13、负载模拟组件14和数据采集系统15。

工况模拟器11用于模拟风力发电机组的运行状态，并向控制器12发出控制指令。工况模拟器11可模拟的风力发电机组的运行状态可包括启动状态、发电状态或故障触发状态等。控制指令与运行状态对应，工况模拟器11模拟不同的运行状态，从而根据不同的运行状态发出不同的控制指令。在本发明实施例中以低压运行状态为例进行说明。运行状态为低压运行状态，控制指令可包括低压运行控制指令。

控制器12用于根据控制指令控制液压变桨模拟组件13和负载模拟组件14在运行状态下运行。控制器12接收工况模拟器11发送的控制指令，可控制液压变桨模拟组件13和负载模拟组件14在与该控制指令对应的运行状态下运行。比如，控制器12接收到的控制指令为低压运行控制指令，则控制器12控制液压变桨模拟组件13和负载模拟组件14在低压运行状态下运行。

液压变桨模拟组件13用于在控制器12的控制下，模拟风力发电机组的运行状态下液压变桨系统的运行。控制器12可控制液压变桨模拟组件13中的各部分，从而模拟风力发电机组的运行状态下液压变桨系统的实际运行。

负载模拟组件14用于在控制器12的控制下，模拟风力发电机组的运行状态下液压变桨系统运行受到的外部负载。由于风力发电机组的安装位置以及运行环境均会带来变桨过程中的阻力，比如，外部负载可包括叶片受到的气动力矩和摩擦力矩等。负载模拟组件14能够协同液压变桨模拟组件13更加真实地模拟出风力发电机组运行状态下液压变桨系统的实际运行。

数据采集系统15用于采集液压变桨模拟组件13在低压运行状态下的实际变桨位置，并将实际变桨位置发送给控制器12。数据采集系统15可包括传感器，利用传感器采集液压变桨模拟组件13在低压运行状态下的实际变桨位置。或者，利用传感器采集可转换为实际变桨位置的其他实际运行参数，利用其他实际运行参数通过计算得到实际变桨位置。

控制器12接收实际变桨位置，可根据实际变桨位置进行低电压穿越测试，从而得到液压变桨模拟组件13低电压穿越是否成功的测试结果。

在本发明实施例中，不需要在风力发电机组现场进行低电压穿越测试，可通过液压变桨低压穿越模拟系统10在实验室等场所进行低电压穿越测试。避免出现在风力发电机组现场进行低电压穿越测试导致的对电网及风电场中的其他设备的损害，保护电网及风电场中的其他设备的安全。

在风力发电机组现场进行低电压穿越测试所需要的时间较长，利用本发明实施例中的液压变桨低压穿越模拟系统10进行低电压穿越测试，缩短了测试时间，提高了测试效率。

在现有技术中，在现场进行低电压穿越测试，一旦液压变桨系统的低电压穿越失败，需要现场进行整改或更换设计，增加了改造成本，延长了低电压穿越测试的时长。由于本发明实施例中的液压变桨低压穿越模拟系统10进行低电压穿越测试不需要在风力发电机组现场进行，因此若在测试过程中发现液压变桨模拟组件13所模拟的液压变桨系统不能实现成功的低电压穿越，则可及时更改液压变桨模拟组件13所模拟的液压变桨系统的设计，在液压变桨系统安装在风力发电机组之前可对液压变桨系统进行调整和优化，降低了液压变桨系统在风力发电机组中实际运行时产生的风险，也降低了低电压穿越的测试成本。同理，利用本发明实施例中的液压变桨低压穿越模拟系统10进行低电压穿越测试，可也验证控制器12在低电压穿越过程中的控制算法是否合理，并能根据验证结果对控制算法进行调试和优化，避免了现场测试带来的风力发电机组振动、过速和载荷超限等低电压穿越故障。

图2为本发明另一实施例中一种液压变桨低压穿越模拟系统10的结构示意图。图2为图1所示的液压变桨低压穿越模拟系统10的一种具体实现方式。

如图2所示，可将液压变桨模拟组件13和负载模拟组件14设置于支撑架17上。上述实施例中的液压变桨模拟组件13与负载模拟组件14通过旋转件16连接，旋转件16包括第一连接端161和第二连接端162。在支撑架17上可设置旋转支点18。旋转件16的中部设置于旋转支点18上，且可绕旋转支点201在竖直平面内旋转。液压变桨模拟组件13具有相对的两端，旋转件16的第一连接端161与变桨模拟组件的一端可活动连接，变桨模拟组件的另一端可通过第一固定点与支撑架17连接。旋转件16的第二连接端162与负载模拟组件14的一端可活动连接，负载模拟组件14的另一端可通过第二固定点与支撑架17连接。

在一个示例中，上述液压变桨模拟组件13、负载模拟组件14、旋转件16和支撑架可组成加载试验台。若加载试验台可以与用于模拟液压变桨系统工况的仿真器111联合测试，则液压变桨模拟组件13还能够根据仿真器111实时仿真得到的期望变桨数据，向旋转件16的第一连接端161施加相应的负载力矩，以模拟风力发电机组液压变桨系统运行中的运动状态。

由于旋转件16能够绕旋转支点在竖直平面内旋转，即液压变桨模拟组件13和负载模拟组件14能够驱动旋转件16在竖直平面内旋转，这与风力发电机组中液压变桨系统驱动叶片变桨的实际运行状态一致，从而实现对风力发电机组中液压变桨系统的模拟。

本发明实施例中液压变桨模拟组件13可以具有与实际的液压变桨系统一致的结构。比如，本发明实施例中的液压变桨模拟组件13与实际的液压变桨系统可以包括相同的零部件，且二者的尺寸比例为1:1。如此设置，与现有技术中搭建简易试验台或者缩小版试验台相比，本发明实施例中的加载试验台能够更准确地模拟实际的液压变桨系统的运行状态，从而能够提高对风力发电机组液压变桨系统的响应特性、变桨承载能力、安全保护机制、低电压穿越等的验证测试的准确度。

液压变桨模拟组件13包括变桨油缸131、变桨液压泵132、变桨油箱133、变桨蓄能器和变桨比例阀组134。

其中，变桨油缸131具有变桨活塞杆，变桨活塞杆伸出变桨油缸131与旋转件16的第一连接端161可活动连接。变桨油缸131的背向变桨活塞杆的一端可连接于第一固定点，从而实现液压变桨模拟组件13与支撑架17的连接。

变桨比例阀组134包括A口、B口、P口和T口。其中，变桨比例阀组134的A口与变桨油缸131的大腔端相连，变桨比例阀组134的B口与变桨油缸131的小腔端相连。变桨液压泵132分别与变桨比例阀组134的P口和变桨油箱133相连，变桨比例阀组134的T口也与变桨油箱133相连。

控制器12分别与变桨液压泵132和变桨比例阀组134连接，控制器12根据控制指令，控制变桨液压泵132的开关及控制变桨比例阀组134的开合度，使变桨活塞杆受到变桨油缸131中油压驱动，由变桨活塞杆带动旋转件16的第一连接端161，使旋转件16旋转。当变桨比例阀组134处于图2所示的位置时，变桨比例阀组134的A口、B口、P口和T口中均无液压油通过。

当变桨比例阀组134向左移动时，使T口和B口连通，P口与A口连通，变桨液压泵132中的高压油依次经过P口和A口后，进入变桨油缸131大腔端3011，推动变桨活塞杆伸出，且使变桨油缸131小腔端中的液压油依次经过B口和T口后回流到变桨油箱133中。

当变桨比例阀组134向右移动时，使P口和B口连通，A口和T口连通，变桨液压泵132中的高压油依次经过P口和B口后，进入变桨油缸131小腔端，推动变桨活塞杆缩回，且使变桨油缸131大腔端中的液压油依次经过A口和T口后回流到变桨油箱133中。

具有上述结构的液压变桨模拟组件13在工作时，控制器12可向变桨液压泵132发送启动控制指令或停机控制指令，变桨液压泵132可以根据启动控制指令启动或根据停机控制指令停机。变桨液压泵132开启时，可以将变桨油箱133中的油输送至变桨油缸131大腔端，以驱动变桨活塞杆向伸出变桨油缸131的方向移动，进而带动旋转件16旋转。变桨比例阀组134可以根据开合度控制信号分别控制流入变桨油缸131大腔端的油的流量，或流出变桨油缸131小腔端的油的流量，从而控制变桨活塞杆的移动速率。

变桨蓄能器(未在图中示出)设置于变桨比例阀组134的P口与变桨液压泵132之间的管路上。变桨蓄能器的作用类似储水池，内部预先充满了液压油，一旦变桨蓄能器中的油压过低，变桨液压泵132会开启先给变桨蓄能器充压。该变桨蓄能器能够在变桨液压泵132或变桨比例阀组134控制失效时，驱动变桨油缸131中的变桨活塞杆伸出到指定位置，实现风力发电机组的安全保护。

在一个示例中，数据采集系统15包括设置于旋转件16上的旋角测量器152，旋角测量器152用于测量旋转件16的旋转角度。在一示例中，旋角测量器152可以是旋转编码器。

控制器12用于根据旋转角度，得到液压变桨模拟组件13模拟出的变桨位置。控制器12可根据旋转角度与变桨位置的转换算法，得到液压变桨模拟组件13模拟出的变桨位置，模拟出的变桨位置可看做实际变桨位置。

在另一个示例中，数据采集系统15包括设置于变桨活塞杆上的运动距离传感器151，运动距离传感器151用于测量变桨活塞杆的运动距离。

控制器12用于根据变桨活塞杆的运动距离，得到液压变桨模拟组件13的变桨位置。控制器12可根据运动距离与变桨位置的转换算法，得到液压变桨模拟组件13模拟出的变桨位置，模拟出的变桨位置可看做实际变桨位置。

负载模拟组件14包括负载油缸141、负载液压泵142、负载油箱143和负载比例阀组144。

其中，负载油缸141具有负载活塞杆，负载活塞杆伸出负载油缸141的一端与旋转件16的第二连接端162可活动连接。负载油缸141的背向负载活塞杆的一端可连接于第二固定点，从而实现负载模拟组件14与支撑架17的连接。

负载比例阀组144包括A口、B口、P口和T口，其中，负载比例阀组144的A口与负载油缸141的大腔端相连，负载比例阀组144的B口与负载油缸141的小腔端相连，负载液压泵142分别与负载比例阀组144的P口和负载油箱143相连，负载比例阀组144的T口也与负载油箱143相连。

控制器12分别与负载液压泵142和负载比例阀组144连接，控制器12根据控制指令，控制负载液压泵142的开关及控制负载比例阀组144的开合度，使负载活塞杆受到负载油缸141中油压驱动，由负载活塞杆带动旋转件16的第二连接端162，使旋转件16旋转。当负载比例阀组144处于图2所示的位置时，负载比例阀组144的A口、B口、P口和T口中均无液压油通过。

当负载比例阀组144向左移动时，使T口和B口连通，P口与A口连通，负载液压泵142中的高压油依次经过P口和A口后，进入负载油缸141小腔端，推动负载活塞杆缩回，且使负载油缸141大腔端中的液压油依次经过B口和T口后回流到负载油箱143中。

当负载比例阀组144向右移动时，使P口和B口连通，A口和T口连通，负载液压泵142中的高压油依次经过P口和B口后，进入负载油缸141大腔端，推动负载活塞杆伸出，且使负载油缸141小腔端中的液压油依次经过A口和T口后回流到负载油箱143中。

具有上述结构的负载模拟组件14在工作时，控制器12可向变桨液压泵132发送启动控制指令或停机控制指令，负载液压泵142可以根据启动控制指令启动或根据停机控制指令停机。负载液压泵142开启时，可以将负载油箱143中的油输送至负载油缸141大腔端，以驱动负载活塞杆向伸出变桨油缸131的方向移动，进而向旋转件16施加负载力矩。负载比例阀组144可以响应于变桨油缸131的变桨活塞杆的移动速率，调整流入负载油缸141大腔端的油的流量，或流出负载油缸141小腔端的油的流量，从而使得负载活塞杆与变桨活塞杆同步移动。

在一些实施例中，负载模拟组件14还可包括设置于负载比例阀组144的P口和负载液压泵142之间的管路上的负载蓄能器，负载蓄能器能够稳定负载比例阀组144的P口的油压。

上述实施例中的控制器12可包括变桨控制器121和负载控制器122。

其中，变桨控制器121与液压变桨模拟组件13连接，变桨控制器121用于根据控制指令，控制液压变桨模拟组件13模拟风力发电机组的运行状态下液压变桨系统的运行。控制指令可包括期望变桨数据，变桨控制器121可按照期望变桨数据，控制液压变桨模拟组件13模拟风力发电机组的运行状态下液压变桨系统运行。在一个示例中，变桨控制器121可根据期望变桨数据，控制液压变桨模拟组件13驱动旋转件16的第一连接端161，使旋转件16旋转，以模拟风力发电机组中液压变桨系统在运行中的运动状态。

其中，控制指令可以包括启停控制指令，变桨液压泵132根据上述启停控制指令启动或停机，同时配合变桨比例阀组134控制变桨油缸131大腔端和变桨油缸131小腔端中的油压，驱动变桨活塞杆向伸出变桨油缸131的方向移动，进而带动旋转件16旋转。

控制指令还可以包括开合度大小控制指令，变桨比例阀组134可以根据开合度大小控制指令分别控制流入变桨油缸131大腔端的油的流量，或流出变桨油缸131小腔端的油的流量，从而控制变桨活塞杆的移动速率。

控制指令还可以包括开闭控制指令，变桨比例阀组134可以根据上述开闭控制指令，控制变桨比例阀组134当变桨活塞杆需要移动时打开，当变桨活塞杆移动到期望变桨数据对应的指定位置时关闭，从而使变桨活塞杆移动位置固定。

负载控制器122与负载模拟组件14连接，负载控制器122用于根据控制指令，控制变桨模拟组件模拟风力发电机组的运行状态下液压变桨系统运行受到的外部负载。控制指令可包括期望负载数据，负载控制器122可按照期望负载数据，控制负载模拟组件14模拟风力发电机组的运行状态下液压变桨系统受到的外部负载。在一个示例中，负载控制器122可根据期望负载数据，控制负载模拟组件14向旋转件16的第二连接端162施加相应的负载力矩，以模拟液压变桨系统在运行中的受载状态。

控制指令可以包括启停控制指令。负载液压泵142根据上述启停控制指令启动或停机，同时配合负载比例阀组144控制负载油缸141大腔端和负载油缸141小腔端的油压，驱动负载活塞杆向旋转件16的第二连接端162施加相应的负载力矩。

变桨油缸131中的变桨活塞杆和负载油缸141中的负载活塞杆可通过转轴连接在一起，如果仅变桨活塞杆动作而负载活塞杆不移动，会使得变桨活塞杆顶到负载活塞杆，导致负载油缸141内油压剧烈变化。因此，为使负载油缸141中的油压处于指定要求范围内，当检测到负载油缸141中的油压发生变化时，可以控制负载比例阀组144打开，使负载油缸141中的负载活塞杆与变桨活塞杆同步移动，当检测到负载油缸141中的油压停止变化时，可以控制负载比例阀组144关闭，对负载油缸141中的油压进行保压。

示例性地，控制指令的具体形式可以为正弦波、三角波，阶跃波等。需要说明的是，上述控制指令均可为常规指令。

变桨控制器121与负载控制器122可通信连接。变桨控制器121和负载控制器122均可采用可编辑逻辑控制器12(Programmable Logic Controller，PLC)实现。或者，变桨控制器121和负载控制器122的具体实现形式也可以是变桨控制柜和负载控制柜。示例性地，变桨控制柜位于变桨模拟组件的一侧，负载控制柜位于负载模拟组件14的一侧。当然，为减少占地空间，变桨控制柜和负载控制柜也可以集成为一个控制柜。

在一示例中，变桨控制器121可以监测液压变桨模拟组件13的运行状态，当液压变桨组件模拟组件运行出现异常停止运行时，变桨控制器121可以将表示液压变桨模拟组件13停止运行的消息同步至负载控制器122，控制负载模拟组件14也停止运行，即在变桨控制器121和负载控制器122之间建立安全链，从而避免对液压变桨低压穿越模拟系统10造成损坏。

在另一示例中，变桨控制器121还可以将控制指令同步至负载控制器122，使得液压变桨模拟组件13的变桨活塞杆和负载模拟组件14的负载活塞杆的移动速率保持同步，从而使得旋转件16能够稳定旋转。可实现风力发电机组的开环测试。

工况模拟器11包括相连接的仿真器111和风机控制器112。

仿真器111与负载控制器122连接，仿真器111用于将模拟得到的与风力发电机组的运行状态对应的运行状态数据发送至负载控制器122。仿真器111的具体实现形式可以是上位机，可以利用仿真器111模拟真实风力发电机组的运行状态，比如环境风速数据和/或环境温度数据，得到与待测工况对应的期望变桨数据和期望负载数据。

在一示例中，可以利用仿真器111对风力发电机组进行结构建模，通过向风力发电机组模型中输入与运行状态对应的环境风速数据和/或液压变桨模拟组件13模拟出的实际变桨位置，可以得到运行状态下的风力发电机组的转速数据或功率数据，再根据转速数据或功率数据进一步得到与下一时间段对应的期望变桨位置和期望外部负载。

仿真器111中可采用Bladed仿真软件、Fast仿真软件或HawC2仿真软件等风力发电机组涉及分析仿真软件。

风机控制器112与变桨控制器121连接，风机控制器112用于根据仿真器111输出的与风力发电机组的运行状态对应的运行状态数据，得到表征变桨的控制指令，并将表征变桨的控制指令发送至变桨控制器121；

仿真器111能够模拟得到与风力发电机组的运行状态对应的运行状态数据。风机控制器112能够根据运行状态数据得到期望变桨数据，并将期望变桨数据发送至变桨控制器121。仿真器111还可与负载控制器122连接，能够将模拟得到的与风力发电机组待测工况对应的期望负载数据发送至负载控制器122。

图3为本发明一实施例中一种液压变桨低压穿越测试方法的流程图。图3所示的液压变桨低压穿越测试方法可应用于上述实施例中的液压变桨低压穿越模拟系统。如图3所示，液压变桨低压穿越测试方法可包括步骤201至步骤205。

在步骤201中，工况模拟器获取液压变桨模拟组件中的变桨蓄能器的油压，并判断变桨蓄能器的油压是否低于最低油压阈值。

在低压穿越过程中，执行变桨动作时所用的液压油完全靠变桨蓄能器内的预存油推动，一旦变桨蓄能器油压过低，且剩余液压油不足以将变桨活塞杆推出到90度的安全位置时，液压变桨模拟组件将上报故障并执行保护措施停机。

而且，在风力发电机组正常运行时，变桨蓄能器的油压在一定的范围内波动，比如，变桨蓄能器的油压通常在250巴(即bar)～300巴之间；若变桨蓄能器的油压低于250巴，变桨液压泵启动给变桨蓄能器冲压；若变桨蓄能器的油压高于300巴，变桨液压泵关闭。因而需要考虑在低压运行状态的极限情况下，仍可以保证低电压穿越成功。最低油压阈值即为限定低压运行状态的极限情况的界限。若变桨蓄能器的油压小于最低油压阈值，则可确定风力发电机组进行了低压运行状态的极限情况。若在低压运行状态的极限情况低电压穿越仍能成功，则在低压运行状态中低电压穿越均可成功。

若变桨蓄能器的油压小于最低油压阈值，则触发工况模拟器模拟风力发电机组低压运行状态，开始进行低电压穿越测试。若变桨蓄能器的油压大于或等于最低油压阈值，并不触发工况模拟器模拟风力发电机组低压运行状态。

在步骤202中，若变桨蓄能器的油压低于最低油压阈值，工况模拟器模拟风力发电机组的低压运行状态，并向控制器发出低压运行控制指令。

工况模拟器模拟出电压跌落场景，向控制器发出低压运行控制指令。低压运行控制指令用于控制液压变桨模拟组件在低压运行状态下运行，以及控制负载模拟组件在低压运行状态下运行。

在步骤203中，控制器接收低压运行控制指令，并根据低压运行控制指令控制液压变桨模拟组件和负载模拟组件在低压运行状态下运行。

模拟低压穿越，需要根据低压运行控制指令控制液压变桨模拟组件中的变桨液压泵停止运行。在低电压穿越中最极限的低压运行状态即为风力发电机组的电压降低至零，即风力发电机组完全没有供电。经分析，在风力发电机组中影响液压变桨系统的主要因素是变桨液压泵不能运转，即变桨液压泵不能为变桨蓄能器提供液压油。

在一个示例中，控制液压变桨模拟组件中的变桨液压泵停止运行，可具体实现为控制变桨液压泵的电源关闭。变桨液压泵的电源关闭，则变桨液压泵停止运行，不能够再向变桨蓄能器提供液压油，从而实现低压运行状态，为低电压穿越测试提供测试环境。

在另一个示例中，可在变桨液压泵与变桨液压泵的电源之间设置继电器。控制液压变桨模拟组件中的变桨液压泵停止运行，则可具体实现为断开变桨液压泵与变桨液压泵的电源之间的继电器。断开该继电器，变桨液压泵的电源无法再为变桨液压泵供电，变桨液压泵停止运行，不能够再向变桨蓄能器提供液压油，从而实现低压运行状态，为低电压穿越测试提供测试环境。

在步骤204中，数据采集系统采集液压变桨模拟组件在低压运行状态下的实际变桨位置，并将实际变桨位置发送给控制器。

或者，数据采集系统采集液压变桨模拟组件在低压运行状态下也可采集能够转换为实际变桨位置的其他实际运行参数，将其他实际运行参数发送给控制器。控制器可利用其他实际运行参数计算实际变桨位置。

在步骤205中，控制器根据实际变桨位置和设置的期望变桨位置，确定低电压穿越是否成功。

在一个示例中，低压运行控制指令可包括期望变桨位置。控制器可比较一段时长内的期望变桨位置和实际变桨位置。若这一段时长内的期望变桨位置和实际变桨位置之间的偏差小于或等于安全偏差阈值，则确定低电压穿越成功。若这一段时长内的期望变桨位置和实际变桨位置之间的偏差大于安全偏差阈值，则确定低电压穿越失败。

若期望变桨位置与实际变桨位置差异较大，则表明液压变桨模拟组件模拟出的变桨的实际运行情况与期望运行情况之间出现影响风力发电机组运行的差异，可判定低电压穿越失败。安全偏差阈值可根据工作场景和工作需求设定，在此并不限定。

比如，可设安全偏差阈值为3度。若在3秒内采集到的期望变桨位置为10度，即期望在3秒内，模拟出的液压变桨系统可完成10度的变桨。采集到的实际变桨位置为6度，即实际上在3秒内，模拟出的液压变桨系统完成了6度的变桨。可以得到，低压穿越判断时长内的期望变桨位置和实际变桨位置之间的偏差大于3度，因此判定低电压穿越失败。

在一个示例中，若控制器确定低电压穿越失败，液压变桨模拟组件可启动保护措施停止运转。若控制器确定低电压穿越成功，液压变桨模拟组件继续运转。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。系统实施例的说明部分可与方法实施例的说明部分相互参照。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。本领域的技术人员可以在领会本发明的精神之后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。并且，为了简明起见，这里省略对已知结构和已知方法技术的详细描述。

Claims (12)

1.一种液压变桨低压穿越模拟系统，其特征在于，包括工况模拟器、控制器、液压变桨模拟组件、负载模拟组件和数据采集系统；

所述工况模拟器用于模拟风力发电机组的运行状态，并向所述控制器发出控制指令，所述运行状态包括低压运行状态，所述控制指令包括低压运行控制指令；其中，若所述液压变桨模拟组件中的变桨蓄能器的油压低于最低油压阈值，触发所述工况模拟器模拟所述风力发电机组的低压运行状态；

所述液压变桨模拟组件用于在所述控制器的控制下，模拟所述风力发电机组的运行状态下液压变桨系统的运行；

所述负载模拟组件用于在所述控制器的控制下，模拟所述风力发电机组的运行状态下液压变桨系统运行受到的外部负载；

所述数据采集系统用于采集所述液压变桨模拟组件在所述低压运行状态下的实际变桨位置，并将所述实际变桨位置发送给所述控制器。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述液压变桨模拟组件与所述负载模拟组件通过旋转件连接，所述旋转件包括第一连接端和第二连接端，所述旋转件的第一连接端与所述变桨模拟组件的一端可活动连接，所述旋转件的第二连接端与所述负载模拟组件的一端可活动连接。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述液压变桨模拟组件包括变桨油缸、变桨液压泵、变桨油箱、变桨蓄能器和变桨比例阀组；

所述变桨油缸具有变桨活塞杆，所述变桨活塞杆伸出所述变桨油缸与所述旋转件的第一连接端可活动连接；

所述变桨比例阀组包括A口、B口、P口和T口，其中，所述变桨比例阀组的A口与所述变桨油缸的大腔端相连，所述变桨比例阀组的B口与所述变桨油缸的小腔端相连，所述变桨液压泵分别与所述变桨比例阀组的P口和所述变桨油箱相连，所述变桨比例阀组的T口也与所述变桨油箱相连，所述变桨蓄能器设置于所述变桨比例阀组的P口与所述变桨液压泵之间的管路上；

所述控制器分别与所述变桨液压泵和所述变桨比例阀组连接，所述控制器根据所述控制指令，控制所述变桨液压泵的开关及控制所述变桨比例阀组的开合度，使所述变桨活塞杆受到所述变桨油缸中油压驱动，由所述变桨活塞杆带动所述旋转件的第一连接端，使旋转件旋转。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述负载模拟组件包括负载油缸、负载液压泵、负载油箱和负载比例阀组；

所述负载油缸具有负载活塞杆，所述负载活塞杆伸出所述负载油缸的一端与所述旋转件的第二连接端可活动连接；

所述负载比例阀组包括A口、B口、P口和T口，其中，所述负载比例阀组的A口与所述负载油缸的大腔端相连，所述负载比例阀组的B口与所述负载油缸的小腔端相连，所述负载液压泵分别与所述负载比例阀组的P口和所述负载油箱相连，所述负载比例阀组的T口也与所述负载油箱相连；

所述控制器分别与所述负载液压泵和所述负载比例阀组连接，所述控制器根据所述控制指令，控制所述负载液压泵的开关及控制所述负载比例阀组的开合度，使所述负载活塞杆受到所述负载油缸中油压驱动，由所述负载活塞杆带动所述旋转件的第二连接端，使旋转件旋转。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述数据采集系统包括设置于所述旋转件上的旋角测量器，所述旋角测量器用于测量所述旋转件的旋转角度；

所述控制器用于根据所述旋转角度，得到所述液压变桨模拟组件模拟出的变桨位置。

6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述数据采集系统包括设置于所述变桨活塞杆上的运动距离传感器，所述运动距离传感器用于测量所述变桨活塞杆的运动距离；

所述控制器用于根据所述变桨活塞杆的运动距离，得到所述液压变桨模拟组件模拟出的变桨位置。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器包括变桨控制器和负载控制器；

其中，所述变桨控制器与液压变桨模拟组件连接，所述变桨控制器用于根据所述控制指令，控制所述液压变桨模拟组件模拟所述风力发电机组的运行状态下液压变桨系统的运行；

所述负载控制器与所述负载模拟组件连接，所述负载控制器用于根据所述控制指令，控制所述液压变桨模拟组件模拟所述风力发电机组的运行状态下液压变桨系统运行受到的外部负载。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述工况模拟器包括相连接的风机控制器和仿真器；

所述风机控制器与所述变桨控制器连接，所述风机控制器用于根据所述仿真器输出的与所述风力发电机组的运行状态对应的运行状态数据，得到表征变桨的控制指令，并将表征变桨的控制指令发送至所述变桨控制器；

所述仿真器与所述负载控制器连接，所述仿真器用于将模拟得到的与所述风力发电机组的运行状态对应的运行状态数据发送至负载控制器。

9.一种液压变桨低压穿越测试方法，其特征在于，应用于如权利要求1至8中任意一项所述的液压变桨低压穿越模拟系统，所述液压变桨低压穿越测试方法包括：

所述工况模拟器获取所述液压变桨模拟组件中的变桨蓄能器的油压，并判断所述变桨蓄能器的油压是否低于最低油压阈值；

若所述变桨蓄能器的油压低于最低油压阈值，所述工况模拟器模拟风力发电机组的低压运行状态，并向所述控制器发出低压运行控制指令；

所述控制器接收所述低压运行控制指令，并根据所述低压运行控制指令控制所述液压变桨模拟组件和所述负载模拟组件在所述低压运行状态下运行；

所述数据采集系统采集所述液压变桨模拟组件在所述低压运行状态下的实际变桨位置，并将所述实际变桨位置发送给所述控制器；

所述控制器根据所述实际变桨位置和设置的期望变桨位置，确定低电压穿越是否成功。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述控制器根据所述实际变桨位置和设置的期望变桨位置，确定低电压穿越是否成功，包括：

所述控制器比较一段时长内的所述期望变桨位置和所述实际变桨位置；

若所述一段时长内的所述期望变桨位置和所述实际变桨位置之间的偏差小于或等于安全偏差阈值，则所述控制器确定低电压穿越成功；

若所述一段时长内的所述期望变桨位置和所述实际变桨位置之间的偏差大于安全偏差阈值，则所述控制器确定低电压穿越失败。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，根据所述低压运行控制指令控制所述液压变桨模拟组件在所述低压运行状态下运行，包括：

根据所述低压运行控制指令控制所述液压变桨模拟组件中的变桨液压泵停止运行。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述根据所述低压运行控制指令控制液压变桨模拟组件中的液压泵停止运行，包括：

根据所述低压运行控制指令控制所述变桨液压泵的电源关闭；

或者，

根据所述低压运行控制指令断开所述变桨液压泵与所述变桨液压泵的电源之间的继电器。