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龍圖騰網(wǎng)獲悉南京郵電大學申請的專利一種考慮轉速偏差補償?shù)娘L力機動態(tài)特性模擬系統(tǒng)獲國家發(fā)明授權專利權，本發(fā)明授權專利權由國家知識產(chǎn)權局授予，授權公告號為：CN114412708B 。

龍圖騰網(wǎng)通過國家知識產(chǎn)權局官網(wǎng)在2025-09-02發(fā)布的發(fā)明授權授權公告中獲悉：該發(fā)明授權的專利申請?zhí)?專利號為：202210087614.2，技術領域涉及：F03D7/04；該發(fā)明授權一種考慮轉速偏差補償?shù)娘L力機動態(tài)特性模擬系統(tǒng)是由郭鴻浩;林欣欣;楊浩;姜本笑;郭前崗設計研發(fā)完成，并于2022-01-25向國家知識產(chǎn)權局提交的專利申請。

本一種考慮轉速偏差補償?shù)娘L力機動態(tài)特性模擬系統(tǒng)在說明書摘要公布了：本發(fā)明涉及一種考慮轉速偏差補償?shù)娘L力機動態(tài)特性模擬系統(tǒng)，屬于風力發(fā)電的技術領域。所述模擬系統(tǒng)包括：電動機、位置傳感器、速度計算模塊、反饋轉矩計算模塊、負載轉矩觀測器模塊、風力機仿真模型模塊、風力機轉速計算模塊、參考轉矩計算模塊、轉矩控制器、三相全橋變換器。所述模擬系統(tǒng)的控制策略中融合模型預測控制方法，并采用負載轉矩觀測器觀測風力發(fā)電機轉矩，所推導的電動機參考電磁轉矩計算公式中包含風力機系統(tǒng)與模擬系統(tǒng)的轉速差值補償項，使得該風力機模擬系統(tǒng)的模擬精度高，適用于風力機動態(tài)特性的模擬。

本發(fā)明授權一種考慮轉速偏差補償?shù)娘L力機動態(tài)特性模擬系統(tǒng)在權利要求書中公布了：1.一種考慮轉速偏差補償?shù)娘L力機動態(tài)特性模擬系統(tǒng)，其特征在于：由模型實時仿真部分和電機驅動部分組成； 其中模型實時仿真部分包括：電動機、位置傳感器、三相全橋變換器；電機驅動部分包括：速度計算模塊、反饋轉矩計算模塊、負載轉矩觀測器模塊、風力機仿真模型模塊、風力機轉速計算模塊、參考轉矩計算模塊、轉矩控制器； 所述電動機通過傳動軸與風力發(fā)電機相連，電動機的輸入端與三相全橋變換器的輸出端相連接；所述位置傳感器的旋轉部分與電動機的轉子同軸安裝，其靜止部分固定在電動機的機殼上，所述位置傳感器的輸出為電動機的角度信號θ；速度計算模塊的輸入為θ，輸出為電動機轉子轉速Ωm； 反饋轉矩計算模塊的輸入為θ與電動機的三相電流ia、ib、ic，輸出為反饋轉矩Tem； 負載轉矩觀測器模塊的輸入為Ωm、Tem，輸出為負載轉矩觀測器的觀測轉矩 風力機的仿真模型模塊輸入為Ωm、風速模型產(chǎn)生的風速v，輸出為風力機模型等效至高速軸的氣動轉矩Twt； 風力機轉速計算模塊輸入為Twt、輸出為風力機模型等效至高速軸的轉速Ωwt *； 參考轉矩計算模塊的輸入為Twt、Ωwt *、Ωm、輸出為電動機的電磁參考轉矩Tem *； 轉矩控制器輸入為Tem *、Tem，輸出為開關信號； 三相全橋變換器的輸入為開關信號，輸出為ia、ib、ic； 所述模擬系統(tǒng)在離散控制下，初始時刻時由模型實時仿真部分隨機給出一組開關信號，并傳送給電機驅動部分，作用至三相全橋變換器，對電動機進行驅動； 在電機驅動部分，分別對位置傳感器的輸出的電動機的角度信號θk，電動機的三相電流iak、ibk、ick進行采樣，傳送給模型實時仿真部分，其中，k表示第k時刻； 在模型實時仿真部分，速度計算模塊的輸入為θk，輸出為電動機轉子轉速Ωmk；反饋轉矩計算模塊輸入為θk與iak、ibk、ick，輸出為反饋轉矩Temk；負載轉矩觀測器模塊輸入為Ωmk、Temk，輸出為負載轉矩觀測器的觀測轉矩風力機仿真模型模塊的輸入為Ωmk、風速vk，輸出為風力機模型等效至高速軸的氣動轉矩Twtk；風力機轉速計算模塊輸入為k-1時刻風力機模型等效至高速軸的氣動轉矩Twtk-1、k-1時刻負載轉矩觀測器的觀測轉矩k-1，輸出為風力機模型等效至高速軸的轉速Ωwt *k；分別計算得到Ωmk、k、Twtk、Ωwt *k后，將此四個量輸入至參考轉矩計算模塊，所述參考轉矩計算模塊輸出為電動機的電磁參考轉矩Tem *k，將Tem *k與Temk作為轉矩控制器的輸入，進行轉矩閉環(huán)控制，輸出為開關控制信號，傳送給電機驅動部分； 在模型實時仿真部分采用了一個負載轉矩觀測器來觀測風力發(fā)電機轉矩，其目的是增加模擬系統(tǒng)中電動機與風力發(fā)電機的獨立性，所述負載轉矩觀測器設計如下： 模擬機組，即電動機與風力發(fā)電機的連續(xù)域運動方程為 其中θ為電動機的角度信號；ω為電動機轉子轉速；Te為電動機的電磁轉矩；JMG＝Jm+Jg，BMG＝Bm+Bg，其中Jm為電動機的轉動慣量；Jg為風力發(fā)電機的轉動慣量；Bm為電動機的摩擦系數(shù)；Bg為風力發(fā)電機的摩擦系數(shù)，Tg為風力發(fā)電機轉矩； 所述負載轉矩觀測器為超螺旋滑模觀測器，其基于高階滑模理論，如果同時考慮轉子位置觀測，其模型為 其中為電動機的角度信號觀測值；為電動機轉子轉速觀測值； ηω、ηθ、uω、uθ為負載轉矩觀測器參數(shù)；λθ、λω、αθ、αω為負載轉矩觀測器的增益，當λθ＝λω＝1000,αθ＝αω＝100時，負載轉矩觀測器進入滑模狀態(tài)； 其中signx是符號函數(shù)，表達式為 若不考慮機械常數(shù)，即轉動慣量與摩擦系數(shù)的偏差，可得 當進入滑模狀態(tài)穩(wěn)態(tài)：前式中則可以進一步得到負載轉矩觀測器觀測出的發(fā)電機轉矩表達式為 在電機驅動部分，三相全橋變換器的輸入為開關控制信號，開關控制信號作用后，輸出三相電流，進而驅動電動機旋轉，由電動機帶動風力發(fā)電機旋轉； k+1時刻再分別對角度信號θk+1和三相電流iak+1、ibk+1、ick+1進行采樣，按照上述工作流程進入下一個周期的控制； 所述模擬系統(tǒng)中電動機的電磁參考轉矩Tem *k的計算方法如下： 步驟1、根據(jù)兩質量塊等效模型，分別列出所述風力機仿真模型和模擬機組的離散運動方程； 忽略摩擦系數(shù)，風力機仿真模型的離散運動方程作為參考預測模型： 其中，Jwt為風力機仿真模型等效至高速軸的轉動慣量；Ωwt *k+1為風力機仿真模型在k+1時刻等效至高速軸的轉速；離散控制的采樣時間為Td； 忽略摩擦系數(shù)，模擬機組的離散運動方程作為控制對象預測模型： 其中，Jm為電動機的轉動慣量；Ωmk+1為電動機在k+1時刻的轉子轉速； 步驟2、設置模型預測控制方法中的代價函數(shù)H； H＝[Ωwt *k+1-Ωmk+1]23 步驟3、計算k時刻風力機模型等效至高速軸的轉速Ωwt *k，其根據(jù)式1在k-1時刻預測得到： 其中，Ωwt *k-1為風力機仿真模型在k-1時刻等效至高速軸的轉速； 步驟4、計算k時刻最佳控制量Tem *k，Tem *k其應使得代價函數(shù)H取得最小值；將式12帶入3中，H是關于Tem *k的一元二次函數(shù)，當H的一階導數(shù)為零時，解得 其中，JMG＝Jm+Jg；JWT＝Jwt+Jg；即為風力機仿真模型和模擬機組在k時刻轉速偏差的補償項； 步驟5、根據(jù)式45能夠計算出具體的Tem *k值，Tem *k與Temk作為轉矩控制器的輸入。

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