一種風機變槳電機選型參數獲取方法、系統及選型方法技術方案

本發明專利技術涉及一種風機變槳電機選型參數獲取方法、系統及選型方法，該方法為：計算所有運行工況下的葉片根部實時風載M

Fan type variable pitch motor type selection parameter obtaining method, system and type selection method

The invention relates to a fan type variable pitch motor type selection parameter acquisition method, a system and a selection method. The method comprises the following steps: calculating the real-time wind load of the blade root at all operating conditions M;

【技術實現步驟摘要】
一種風機變槳電機選型參數獲取方法、系統及選型方法
本專利技術屬于風力發電
，涉及變槳系統設計領域，具體涉及一種風機變槳電機選型參數獲取方法、系統及選型方法。
技術介紹
目前，兆瓦級變槳型風力發電機在額定風速以上運行時，主要通過改變葉片的槳距角去調整風機葉片的受力情況，進而控制風力發電機的功率和轉速在額定值附近。但是，由于自然界的風具有隨機多變不穩定的特性，致使葉片上受到的風載不停變化，葉片的槳距角亦時刻在變化，而葉片槳距角的改變主要通過變槳電機驅動變槳減速裝置去實現，這就導致作用在變槳電機軸上的轉矩值也是在時刻變化。所以，對風力發電機變槳電機轉矩參數的選取與其他穩定負載類型傳動系統的電機轉矩選擇有很大的差別。變槳電機的轉矩參數(額定轉矩和極限轉矩)是電機一個重要技術參數，該參數若選取過大，則會使電機的利用率降低，造成一定的資源浪費，增加風機成本，不經濟劃算。若選取過小，則風機在變槳運行過程中，電機發熱比較嚴重，大大縮短變槳電機的使用壽命。因此，根據風力發電機變槳電機實際受力情況，選擇合適的變槳電機轉矩參數對風力發電機的長期穩定運行十分重要。現有技術中對變槳電機參數的計算有一定的研究，如參考文獻《基于最大均方根的變槳電機額定轉矩》(作者：李濤等)，其公開了一種變槳電機額定轉矩的計算方法。該計算方法僅僅研究了變槳電機額定轉矩的計算方法，并不涉及對變槳電機極限轉矩的計算，并且該方法在選取變槳電機額定轉矩時，僅僅簡單的選擇額定轉矩最大值作為選擇依據，并未考慮其對應的變槳電機的轉速情況，該方法有一定的局限性；
技術實現思路
本專利技術提供了一種風機變槳電機選型參數獲取方法、系統及選型方法，以解決現有的變漿電機選型參數單一、不全面，從而導致變漿電機選型不合適的問題。為解決上述技術問題，本專利技術風機變槳電機選型參數獲取方法包括：1)利用仿真軟件及風機模型計算所有運行工況下的葉片根部實時風載、變槳軸承摩擦轉矩、葉片轉動慣量及葉片變槳角加速度；2)根據葉片根部實時風載、變槳軸承摩擦轉矩、葉片轉動慣量及葉片變槳角加速度，計算變槳電機各個運行工況下的葉片根部原始驅動轉矩；3)根據葉片根部原始驅動轉矩、整個變槳系統的減速比及傳動效率，計算變槳電機各個運行工況下的實時轉矩值；4)對變槳電機各個葉片的各個運行工況下的實時轉矩值進行最大值統計分析，最終得到風機變槳電機轉矩的最大值；5)對正常發電工況下變槳電機的實時轉矩值及其對應的實時轉速進行均方根處理，得到變槳電機在正常發電工況下的轉矩均方根值和轉速均方根值對應關系，得到變槳電機機械特性曲線。所述槳葉根部原始驅動轉矩Mp的計算公式為：Mp＝Mz-Mf+J*ω其中，Mz為葉片根部實時風載，Mf為變槳軸承摩擦轉矩，J為葉片轉動慣量，ω為葉片變槳角加速度。變槳電機各個運行工況下的實時轉矩值Me的計算公式為：Me＝Mp/n/η其中，n為整個變槳系統的減速比，η為傳動效率。所述步驟4)中，對變槳電機各個葉片的各個運行工況下的實時轉矩值進行最大值統計分析，并按照GL2010規范中的相關規定乘以特定的安全系數，利用GHBladed仿真軟件生成風機葉片的變槳電機轉矩極限載荷報告，從而得到葉片極限載荷報告，根據葉片極限載荷報告，最終得到風機變槳電機轉矩的最大值。均方根值統計計算的計算周期為600s。本專利技術風機變槳電機選型參數獲取系統包括參數計算模塊、葉片根部原始驅動轉矩計算模塊、變槳電機實時轉矩值計算模塊、變槳電機最大轉矩計算模塊和變槳電機機械特性曲線獲取模塊；所述參數計算模塊，用于利用仿真軟件及風機模型計算輸出所有運行工況下的葉片根部實時風載、變槳軸承摩擦轉矩、葉片轉動慣量及葉片變槳角加速度；所述葉片根部原始驅動轉矩計算模塊，用于根據葉片根部實時風載、變槳軸承摩擦轉矩、葉片轉動慣量及葉片變槳角加速度，計算變槳電機各個運行工況下的葉片根部原始驅動轉矩；所述變槳電機實時轉矩值計算模塊，用于根據葉片根部原始驅動轉矩、整個變槳系統的減速比及傳動效率，計算變槳電機各個運行工況下的實時轉矩值；所述變槳電機最大轉矩計算模塊，用于對變槳電機各個葉片的各個運行工況下的實時轉矩值進行最大值統計分析，得到風機變槳電機轉矩的最大值；變槳電機機械特性曲線獲取模塊，用于對正常發電工況下變槳電機的實時轉矩值及其對應的實時轉速進行均方根處理，得到變槳電機在正常發電工況下的轉矩均方根值和轉速均方根值對應關系，得到變槳電機機械特性曲線。所述葉片根部原始驅動轉矩計算模塊計算槳葉根部原始驅動轉矩Mp的數學模型為：Mp＝Mz-Mf+J*ω其中，Mz為葉片根部實時風載，Mf為變槳軸承摩擦轉矩，J為葉片轉動慣量，ω為葉片變槳角加速度。所述變槳電機實時轉矩值計算模塊計算變槳電機各個運行工況下的實時轉矩值Me的數學模型為：Me＝Mp/n/η其中，n為整個變槳系統的減速比，η為傳動效率。所述步驟4)中，對變槳電機各個葉片的各個運行工況下的實時轉矩值進行最大值統計分析，并按照GL2010規范中的相關規定乘以特定的安全系數，利用GHBladed仿真軟件生成風機葉片的變槳電機轉矩極限載荷報告，從而得到葉片極限載荷報告，根據葉片極限載荷報告，最終得到風機變槳電機轉矩的最大值。本專利技術的風機變槳電機選型方法為：將待選變漿電機的機械特性曲線與仿真計算得到的變漿電機的機械特性曲線進行比較，將待選變槳電機轉矩的最大值與仿真計算得到的變槳電機轉矩的最大值進行比較，若待選變槳電機的機械特性曲線將仿真計算得到的變槳電機機械特性曲線完全包絡且待選變槳電機轉矩的最大值大于或等于仿真計算得到的變槳電機轉矩的最大值，選取該待選變槳電機作為風機變槳電機。本專利技術的有益效果是：本專利技術根據風機風力發電機在各種所需工況下變槳電機的實時受力情況，推導出變槳電機的轉矩計算公式，并利用該公式在GHBladed仿真軟件中計算出各個必需工況下變槳電機的轉矩值，最后對仿真計算得到的數值進行統計分析，進而得出變槳電機的極限轉矩值，從而為變槳電機的轉矩參數選取提供指導。該方法簡單可靠，并且與風機實際運行情況比較符合，結果可信度比較高，可以更加合理地進行風力發電機變槳電機的選型。本專利技術根據計算得到的各個正常運行工況下的變槳電機實時轉矩值和實時轉速值，對該實時轉矩值和實時轉速值進行均方根值計算，最終得到變槳電機的機械特性曲線，在進行變槳電機選型時，只需待選變槳電機的機械特性曲線能夠將計算得到的電機機械特性曲線完全包絡即可。該選型方法考慮其對應的變槳電機的轉速情況，與風機實際運行情況比較符合，可信度比較高，為變槳電機的轉矩選型提供更加全面可靠的依據。附圖說明圖1為風力發電機中變槳系統受力示意圖；圖2為變槳電機轉矩選型計算流程圖。具體實施方式下面結合附圖，對本專利技術的技術方案作進一步詳細的說明。本專利技術風機變槳電機選型參數獲取方法的實施例本實施例的風機變槳電機選型參數的獲取方法為：1)利用仿真軟件及風機模型計算輸出所有運行工況下的葉片根部實時風載、變槳軸承摩擦轉矩、葉片轉動慣量及葉片變槳角加速度；2)根據葉片根部實時風載、變槳軸承摩擦轉矩、葉片轉動慣量及葉片變槳角加速度，計算變槳電機各個運行工況下的葉片根部原始驅動轉矩；3)根據原始驅動轉矩、整個變槳系統的減速比及傳動效率，計算變槳電機各個運行工況下的實時轉矩本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種風機變槳電機選型參數獲取方法，其特征在于，該方法包括：1)利用仿真軟件及風機模型計算所有運行工況下的葉片根部實時風載、變槳軸承摩擦轉矩、葉片轉動慣量及葉片變槳角加速度；2)根據葉片根部實時風載、變槳軸承摩擦轉矩、葉片轉動慣量及葉片變槳角加速度，計算變槳電機各個運行工況下的葉片根部原始驅動轉矩；3)根據葉片根部原始驅動轉矩、整個變槳系統的減速比及傳動效率，計算變槳電機各個運行工況下的實時轉矩值；4)對變槳電機各個葉片的各個運行工況下的實時轉矩值進行最大值統計分析，最終得到風機變槳電機轉矩的最大值；5)對正常發電工況下變槳電機的實時轉矩值及其對應的實時轉速進行均方根處理，得到變槳電機在正常發電工況下的轉矩均方根值和轉速均方根值對應關系，得到變槳電機機械特性曲線。

【技術特征摘要】
1.一種風機變槳電機選型參數獲取方法，其特征在于，該方法包括：1)利用仿真軟件及風機模型計算所有運行工況下的葉片根部實時風載、變槳軸承摩擦轉矩、葉片轉動慣量及葉片變槳角加速度；2)根據葉片根部實時風載、變槳軸承摩擦轉矩、葉片轉動慣量及葉片變槳角加速度，計算變槳電機各個運行工況下的葉片根部原始驅動轉矩；3)根據葉片根部原始驅動轉矩、整個變槳系統的減速比及傳動效率，計算變槳電機各個運行工況下的實時轉矩值；4)對變槳電機各個葉片的各個運行工況下的實時轉矩值進行最大值統計分析，最終得到風機變槳電機轉矩的最大值；5)對正常發電工況下變槳電機的實時轉矩值及其對應的實時轉速進行均方根處理，得到變槳電機在正常發電工況下的轉矩均方根值和轉速均方根值對應關系，得到變槳電機機械特性曲線。2.根據權利要求1所述風機變槳電機選型參數獲取方法，其特征在于，所述槳葉根部原始驅動轉矩Mp的計算公式為：Mp＝Mz-Mf+J*ω其中，Mz為葉片根部實時風載，Mf為變槳軸承摩擦轉矩，J為葉片轉動慣量，ω為葉片變槳角加速度。3.根據權利要求2所述風機變槳電機選型參數獲取方法，其特征在于，變槳電機各個運行工況下的實時轉矩值Me的計算公式為：Me＝Mp/n/η其中，n為整個變槳系統的減速比，η為傳動效率。4.根據權利要求1所述風機變槳電機選型參數獲取方法，其特征在于，所述步驟4)中，對變槳電機各個葉片的各個運行工況下的實時轉矩值進行最大值統計分析，并按照GL2010規范中的相關規定乘以特定的安全系數，利用GHBladed仿真軟件生成風機葉片的變槳電機轉矩極限載荷報告，從而得到葉片極限載荷報告，根據葉片極限載荷報告，最終得到風機變槳電機轉矩的最大值。5.根據權利要求1所述風機變槳電機選型參數獲取方法，其特征在于，均方根值統計計算的計算周期為600s。6.一種風機變槳電機選型參數獲取系統，其特征在于，該系統包括參數計算模塊、葉片根部原始驅動轉矩計算模塊、變槳電機實時轉矩值計算模塊、變槳電機最大轉矩計算模塊和變槳電機機械特性曲線獲取模塊；所述參數計算模塊，用于利用仿真軟件及風機模型計算輸出所有運行工況下的葉片根部實時風載、變槳軸承摩擦轉矩、葉片轉動慣量及葉片變槳角...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王朝東，盧仁寶，袁金庫，王建偉，武愈振，朱斯，
申請(專利權)人：許繼集團有限公司，許昌許繼風電科技有限公司，國家電網公司，國網新源張家口風光儲示范電站有限公司，
類型：發明
國別省市：河南,41