CN211008965U - 包含液压变桨系统的风力发电机组硬件在环仿真测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了包含液压变桨系统的风力发电机组硬件在环仿真测试装置，包括测试柜以及测试柜内设有的Matlab/Simulink模块、主控PLC模块、变桨PLC模块、人机交互界面和硬件接口，主控PLC模块与变桨PLC模块通过CAN总线连接，人机交互界面与Matlab/Simulink模块、主控PLC模块、变桨PLC模块通过以太网连接；本实用新型通过Matlab/Simulink模块建立整机数学模型更准确的反应实际的机组的响应，模拟整个风机的运行状态；主控PLC模块与变桨PLC模块的引入完整的再现了现场控制系统的组成，既减少在实际机组测试的风险，也准确的描述了机组的特性。
Description
技术领域
本实用新型涉及风力发电技术领域，具体涉及一种包含液压变桨系统的风力发电机组硬件在环仿真测试装置。
背景技术
包含有液压变桨系统的风力发电机组的控制系统是驱动实际机组在合理运行风速区间转动并网发电的核心，它包括且不仅限于：1)主控系统，其中主控制器负责下发扭矩和桨距角指令，各个子系统控制器负责对所有部件(冷却系统，润滑系统等)进行监控和控制；2)变流器控制系统，负责接收主控制器的扭矩指令对电力电子装置进行控制；3)桨距角控制系统，负责接收主控制器的桨距角指令对液压变桨执行机构进行实际控制实现桨距角的调整。
在部分子系统(如某个部件)发生变更时，或者开发新的控制策略时，验证控制系统的正确性需要进行整机测试，最直接的方式是对实际机组进行调试，但是会带来不同程度的安全隐患。硬件在环仿真测试装置为验证控制系统提供了另一种途径。
传统的硬件在环系统在模拟变流器和变桨系统时会根据自身硬件条件做出调整：1)完整的引入变流器与桨距角系统；2)在仿真模型中用迟滞环节代替实际的变流器与桨距角控制系统。前者对硬件条件要求严格，会造成整个硬件在环测试装置的成本过高；后者较容易实现，但是对于包含液压变桨系统的机组，由于实际机械系统的高度非线性特征以及变桨控制系统的自身的设置，单纯的迟滞环节不能准确的反应子系统的特性。
实用新型内容
针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种包含液压变桨系统的风力发电机组硬件在环仿真测试装置。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：包含液压变桨系统的风力发电机组硬件在环仿真测试装置，包括测试柜以及测试柜内设有的Matlab/Simulink模块、主控PLC模块、变桨PLC模块、人机交互界面和硬件接口，所述硬件接口包括I/O模块、CAN总线接口、以太网接口、电缆、光纤，Matlab/Simulink模块内设有的变流器模型与主控PLC模块通过CAN总线连接，Matlab/Simulink模块内设有的变桨模型与变桨PLC模块通过CAN总线连接，主控PLC模块与变桨PLC模块通过CAN总线连接，人机交互界面与Matlab/Simulink模块、主控PLC模块、变桨PLC模块通过以太网连接。
具体的是，所述测试柜内还设有电源模块，电源模块与Matlab/Simulink模块、主控PLC模块、变桨PLC模块和人机交互界面通过电缆连接。
具体的是，所述测试柜还设有对外接口，对外接口包括接口1、接口2和接口3，接口1与主控PLC模块通过光纤连接，接口2与主控PLC模块通过CAN总线或者I/O模块连接，接口3与变桨PLC模块通过I/O模块连接。
具体的是，所述Matlab/Simulink模块中还包括叶轮模型、传动系模型、塔架模型。
具体的是，所述主控PLC模块设有主控制器、机舱子系统监控和塔底子系统监控。
具体的是，所述变桨PLC模块设有轮毂子系统监控以及液压变桨控制器。
具体的是，所述主控PLC模块和变桨PLC模块支持OPC协议，主控PLC模块、变桨PLC模块和Matlab/Simulink模块与OPC服务器进行交互。
具体的是，所述对外接口分别连接待测塔底子系统、待测机舱子系统和待测轮毂子系统。
本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型设计的包含液压变桨系统的风力发电机组硬件在环仿真测试装置通过Matlab/Simulink模块建立整机数学模型(包括液压变桨执行机构)，更准确的反应实际的机组的响应，模拟整个风机的运行状态；主控PLC模块与变桨PLC模块的引入完整的再现了现场控制系统的组成，既减少在实际机组测试的风险，也准确的描述了机组的特性。
附图说明
图1是包含液压变桨系统的风力发电机组硬件在环仿真测试装置的结构框图。
图中：1-测试柜；2-人机交互界面；3-Matlab/Simulink模块；4-主控PLC模块；5-变桨PLC模块；6-接口1；7-接口2；8-接口3；9-电源模块。
具体实施方式
以下将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地进一步详细的说明。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，包含液压变桨系统的风力发电机组硬件在环仿真测试装置，包括测试柜1以及测试柜1内设有的Matlab/Simulink模块3、主控PLC模块4、变桨PLC模块5、人机交互界面2和硬件接口，硬件接口包括I/O模块、CAN总线接口、以太网接口、电缆、光纤，Matlab/Simulink模块3内设有的变流器模型与主控PLC模块4通过CAN总线连接，Matlab/Simulink模块3内设有的变桨模型与变桨PLC模块5通过CAN总线连接，主控PLC模块4与变桨PLC模块5通过CAN总线连接，人机交互界面2与Matlab/Simulink模块3、主控PLC模块4、变桨PLC模块5通过以太网连接，测试柜1内还设有电源模块9，电源模块9与Matlab/Simulink模块3、主控PLC模块4、变桨PLC模块5和人机交互界面2通过电缆连接；测试柜1还设有对外接口，对外接口分别连接待测塔底子系统、待测机舱子系统和待测轮毂子系统，对外接口包括接口16、接口27和接口38，接口16对内与主控PLC模块4通过光纤连接，接口27对内与主控PLC模块4通过CAN总线或者I/O模块连接，接口38对内与变桨PLC模块5通过I/O模块连接。
Matlab/Simulink模块3中还包括叶轮模型、传动系模型、塔架模型；主控PLC模块4设有主控制器、机舱子系统监控和塔底子系统监控；变桨PLC模块5设有轮毂子系统监控以及液压变桨控制器；主控PLC模块4和变桨PLC模块5支持OPC协议，主控PLC模块4、变桨PLC模块5和Matlab/Simulink模块3与OPC服务器进行交互。
本实用新型提供的包含液压变桨系统的风力发电机组硬件在环仿真测试装置的工作原理如下：
将该装置放在与待测机舱子系统和待测塔底子系统附近，连接电缆。
将电源模块9上电，输出24V电压，电源模块9通过硬件接口电缆连接人机交互界面2、Matlab/Simulink模块3、主控PLC模块4以及变桨PLC模块5并供电。
在Matlab/Simulink模块3中输入整机(包含液压变桨执行机构，即变桨模型)参数和建立风模型，这些模型通过硬件接口以太网传递到人机交互界面2上，实时显示信息状态。
主控PLC模块4可以是任意品牌的PLC(只要支持OPC协议便不用重新编写通信接口文件)主要完成主控制器策略的验证，根据Matlab/Simulink模块3中建立的风模型和反馈的转速信号作为控制算法的输入，计算得到需求的扭矩和需求的桨距角，需求的扭矩通过硬件接口CAN总线传递到Matlab/Simulink模块3中的变流器模型中，需求的桨距角通过硬件接口CAN总线传递到变桨PLC模块5，变桨PLC模块5再通过硬件接口CAN总线将计算所得控制信号(如模拟量电压值)传递给的Matlab/Simulink模块3中的液压变桨执行机构中，Matlab/Simulink模块3中的液压变桨执行机构通过硬件接口CAN总线将反馈的实际桨距角传递给变桨PLC模块5，变桨PLC模块5最后通过硬件接口CAN总线将实际桨距角返回给主控PLC模块4，这样就形成闭环回路仿真。
主控PLC模块4除了完成控制算法，还要完成待测机舱子系统与待测塔底子系统的检测与控制。主控PLC模块4连接硬件接口I/0模块，用来监控待测机舱系各个子系统和待测塔底各个子系统。变桨PLC模块5除了控制液压变桨执行机构的算法，还要完成待测轮毂内子系统的检测与控制。变桨PLC模块5连接硬件接口I/0模块，用来监控所述待测轮毂系各个子系统。
本实用新型不局限于上述实施方式，任何人应得知在本实用新型的启示下作出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落入本实用新型的保护范围之内。
本实用新型未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (8)
1.包含液压变桨系统的风力发电机组硬件在环仿真测试装置，其特征在于，包括测试柜以及测试柜内设有的Matlab/Simulink模块、主控PLC模块、变桨PLC模块、人机交互界面和硬件接口，所述硬件接口包括I/O模块、CAN总线接口、以太网接口、电缆、光纤，Matlab/Simulink模块内设有的变流器模型与主控PLC模块通过CAN总线连接，Matlab/Simulink模块内设有的变桨模型与变桨PLC模块通过CAN总线连接，主控PLC模块与变桨PLC模块通过CAN总线连接，人机交互界面与Matlab/Simulink模块、主控PLC模块、变桨PLC模块通过以太网连接。
2.根据权利要求1所述的包含液压变桨系统的风力发电机组硬件在环仿真测试装置，其特征在于，所述测试柜内还设有电源模块，电源模块与Matlab/Simulink模块、主控PLC模块、变桨PLC模块和人机交互界面通过电缆连接。
3.根据权利要求1所述的包含液压变桨系统的风力发电机组硬件在环仿真测试装置，其特征在于，所述测试柜还设有对外接口，对外接口包括接口1、接口2和接口3，接口1与主控PLC模块通过光纤连接，接口2与主控PLC模块通过CAN总线或者I/O模块连接，接口3与变桨PLC模块通过I/O模块连接。
4.根据权利要求1所述的包含液压变桨系统的风力发电机组硬件在环仿真测试装置，其特征在于，所述Matlab/Simulink模块中还包括叶轮模型、传动系模型、塔架模型。
5.根据权利要求1所述的包含液压变桨系统的风力发电机组硬件在环仿真测试装置，其特征在于，所述主控PLC模块设有主控制器、机舱子系统监控和塔底子系统监控。
6.根据权利要求1所述的包含液压变桨系统的风力发电机组硬件在环仿真测试装置，其特征在于，所述变桨PLC模块设有轮毂子系统监控以及液压变桨控制器。
7.根据权利要求1所述的包含液压变桨系统的风力发电机组硬件在环仿真测试装置，其特征在于，所述主控PLC模块和变桨PLC模块支持OPC协议，主控PLC模块、变桨PLC模块和Matlab/Simulink模块与OPC服务器进行交互。
8.根据权利要求3所述的包含液压变桨系统的风力发电机组硬件在环仿真测试装置，其特征在于，所述对外接口分别连接待测塔底子系统、待测机舱子系统和待测轮毂子系统。
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| CN201922229909.5U CN211008965U (zh) | 2019-12-13 | 2019-12-13 | 包含液压变桨系统的风力发电机组硬件在环仿真测试装置 |
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