本發(fā)明屬于仿真測試，具體涉及一種風(fēng)電機(jī)組仿真測試平臺及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著風(fēng)電機(jī)組容量及規(guī)模不斷增大，型式認(rèn)證及測試的難度與成本隨之升高。近年來，為實(shí)現(xiàn)大容量機(jī)組的出廠測試及基本功能驗(yàn)證，國內(nèi)外設(shè)備廠家及研究機(jī)構(gòu)紛紛建立了傳動鏈測試平臺，對關(guān)鍵部件或子系統(tǒng)開展了機(jī)械載荷與部分電氣性能的測試。

2、傳動鏈地面試驗(yàn)平臺由多個子系統(tǒng)構(gòu)成，包括拖動電機(jī)、拖動變頻系統(tǒng)、聯(lián)軸器、液壓加載裝置、被測風(fēng)電機(jī)組傳動系統(tǒng)、電網(wǎng)模型裝置、水冷系統(tǒng)、油源系統(tǒng)、ups等。還包含相應(yīng)控制系統(tǒng)，各子系統(tǒng)的運(yùn)行條件需滿足要求后，才具備運(yùn)行條件。而平臺的控制系統(tǒng)，主要功能就是基于各子系統(tǒng)的狀態(tài)反饋，根據(jù)時序控制邏輯，協(xié)調(diào)各部件使平臺進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，在加載過程中根據(jù)需求生成及執(zhí)行加載指令，同時進(jìn)行實(shí)時安全保護(hù)，執(zhí)行相應(yīng)保護(hù)邏輯。在部分場景或工況測試中，大型設(shè)備的機(jī)械載荷是重要考慮因素，應(yīng)避免出現(xiàn)載荷波動較大，突破極限設(shè)計載荷情況，也需減小試驗(yàn)對平臺的沖擊影響。因而在平臺控制系統(tǒng)研發(fā)階段及試驗(yàn)前，對控制系統(tǒng)及平臺可靠運(yùn)行進(jìn)行功能與工況仿真，完成機(jī)械結(jié)構(gòu)的載荷校核與關(guān)鍵控制功能驗(yàn)證。

3、平臺核心控制器的控制指令生成策略及安全保護(hù)邏輯需進(jìn)行全面驗(yàn)證，才能確保平臺運(yùn)行可靠性。在正式測試前，所設(shè)定的測試場景中，平臺的載荷或沖擊是否在設(shè)計或預(yù)期范圍內(nèi)，需進(jìn)行仿真驗(yàn)證，才能確保平臺運(yùn)行安全性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種風(fēng)電機(jī)組仿真測試平臺及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中平臺核心控制器的校驗(yàn)問題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明第一方面，提供了一種風(fēng)電機(jī)組仿真測試平臺，包括：

4、實(shí)時仿真系統(tǒng)，用于根據(jù)建模環(huán)境構(gòu)建各關(guān)鍵子系統(tǒng)的仿真模型；其中，各仿真模型包括機(jī)械多體模型、電氣系統(tǒng)模型和狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)模型；

5、核心控制器，用于根據(jù)測試場景向各仿真模型發(fā)送控制指令，并獲取各仿真模型接收對應(yīng)控制指令后的反饋數(shù)據(jù)，根據(jù)獲取的反饋數(shù)據(jù)執(zhí)行對應(yīng)的安全保護(hù)邏輯控制；

6、實(shí)時仿真上位機(jī)，用于提供實(shí)時仿真系統(tǒng)的建模環(huán)境，設(shè)定狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)模型的反饋數(shù)據(jù)，以及在狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)模型接收到核心控制器的控制指令后，向狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)模型中注入故障；

7、控制器上位機(jī)，用于向核心控制器下發(fā)指令，獲取各仿真模型接收對應(yīng)控制指令后的反饋數(shù)據(jù)，以及獲取核心控制器的安全保護(hù)邏輯控制執(zhí)行情況，根據(jù)安全保護(hù)邏輯控制執(zhí)行情況和反饋數(shù)據(jù)確定核心控制器的控制功能檢測結(jié)果。

8、進(jìn)一步的，機(jī)械多體模型包括拖動電機(jī)模型、聯(lián)軸器模型和非軸向加載作動器模型，以及被測機(jī)組傳動鏈模型；

9、拖動電機(jī)模型與被測機(jī)組傳動鏈模型之間通過聯(lián)軸器模型連接；

10、拖動電機(jī)模型用于根據(jù)核心控制器的控制指令拖動被測機(jī)組傳動鏈模型運(yùn)行；拖動電機(jī)模型接收的控制指令為轉(zhuǎn)速；

11、非軸向加載作動器模型用于根據(jù)核心控制器的控制指令向被測機(jī)組傳動鏈模型加載非軸向加載力和力矩；非軸向加載作動器模型接收的控制指令為非軸向加載力和力矩。

12、進(jìn)一步的，電氣系統(tǒng)模型包括被測機(jī)組電機(jī)模型、變流系統(tǒng)模型和電網(wǎng)模型；

13、被測機(jī)組電機(jī)模型通過變流系統(tǒng)模型連接至電網(wǎng)模型；

14、被測機(jī)組電機(jī)模型用于根據(jù)被測機(jī)組傳動鏈模型的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生發(fā)電機(jī)電磁扭矩。

15、進(jìn)一步的，狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)模型用于向核心控制器發(fā)送反饋數(shù)據(jù)；狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)模型發(fā)送的反饋數(shù)據(jù)包括定常量數(shù)據(jù)、故障信號、通信信號和時變信號中的至少一種；

16、其中，狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)模型發(fā)送的反饋數(shù)據(jù)根據(jù)接收的控制指令和/或?qū)崟r仿真上位機(jī)注入的故障生成得到；或者，狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)模型發(fā)送的反饋數(shù)據(jù)為根據(jù)實(shí)時仿真上位機(jī)設(shè)定調(diào)節(jié)得到。

17、進(jìn)一步的，定常量數(shù)據(jù)包括溫度信號、振動信號、油源系統(tǒng)液位信號和被測機(jī)組水冷系統(tǒng)水量信號，以及非軸向加載作動器的位移信號；

18、其中，溫度信號包括被測機(jī)組發(fā)電機(jī)定子溫度信號、被測機(jī)組發(fā)電機(jī)軸承溫度信號、被測機(jī)組水冷系統(tǒng)進(jìn)水溫度信號和被測機(jī)組水冷系統(tǒng)出水溫度信號中的至少一種；振動信號至少包括被測機(jī)組發(fā)電機(jī)支撐件振動信號、被測機(jī)組支撐件振動信號和非軸向加載裝置支撐件振動信號中的至少一種。

19、進(jìn)一步的，故障信號包括拖動電機(jī)變頻系統(tǒng)故障信號、電網(wǎng)模型故障信號、被測機(jī)組傳動鏈故障信號、非軸向加載作動器控制系統(tǒng)故障信號和輔助系統(tǒng)故障信號中的至少一種。

20、進(jìn)一步的，通信信號為各關(guān)鍵子系統(tǒng)的仿真模型與核心控制器之間的通信心跳信號。

21、進(jìn)一步的，時變信號包括聯(lián)軸器模型扭矩應(yīng)變輸出信號、電網(wǎng)模型功率以及非軸向加載作動器的力反饋信號中的至少一種。

22、本發(fā)明第二方面，提供了一種仿真測試方法，包括如下步驟：

23、實(shí)時仿真系統(tǒng)根據(jù)建模環(huán)境構(gòu)建各關(guān)鍵子系統(tǒng)的仿真模型；其中，各仿真模型包括機(jī)械多體模型、電氣系統(tǒng)模型和狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)模型；

24、核心控制器根據(jù)測試場景向各仿真模型發(fā)送控制指令，并獲取各仿真模型接收對應(yīng)控制指令后的反饋數(shù)據(jù)，根據(jù)獲取的反饋數(shù)據(jù)執(zhí)行對應(yīng)的安全保護(hù)邏輯控制；

25、實(shí)時仿真上位機(jī)提供實(shí)時仿真系統(tǒng)的建模環(huán)境，以及在狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)模型接收到核心控制器的控制指令后，向狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)模型中注入故障；

26、控制器上位機(jī)獲取各仿真模型接收對應(yīng)控制指令后的反饋數(shù)據(jù)，以及獲取核心控制器的安全保護(hù)邏輯控制執(zhí)行情況，根據(jù)安全保護(hù)邏輯控制執(zhí)行情況和反饋數(shù)據(jù)確定核心控制器的控制功能檢測結(jié)果。

27、本發(fā)明第三方面，提供了一種仿真測試方法，包括如下步驟：

28、在仿真測試啟動后、核心控制器發(fā)送控制指令前，通過狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)模型接收并轉(zhuǎn)發(fā)預(yù)設(shè)的反饋數(shù)據(jù)至核心控制器及控制器上位機(jī)，觸發(fā)核心控制器自檢；基于自檢結(jié)果與預(yù)設(shè)的反饋數(shù)據(jù)的匹配性，判定核心控制器的自檢功能有效性；

29、在自檢通過后，根據(jù)預(yù)設(shè)測試場景驅(qū)動核心控制器生成控制指令，并下發(fā)至機(jī)械多體模型與電氣系統(tǒng)模型；基于機(jī)械多體模型的載荷輸出和電氣系統(tǒng)模型的電氣量變化，驗(yàn)證控制指令是否合理；

30、安全保護(hù)邏輯控制驗(yàn)證，包括：在仿真模型的空載或加載過程中，向狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)模型注入故障，核心控制器的故障告警功能；在仿真模型狀正常運(yùn)行過程中，態(tài)反饋數(shù)據(jù)模型生成實(shí)時仿真上位機(jī)設(shè)定的定常量數(shù)據(jù)或時變信號并發(fā)送至核心控制器，驗(yàn)證核心控制器的數(shù)據(jù)反饋越限功能；在各仿真模型加載過程中，將狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)模型與核心控制器間的通信心跳置零，驗(yàn)證核心控制器的通信斷開保護(hù)功能；在仿真模型啟動、加載或停機(jī)階段，篡改機(jī)械多體模型或電氣系統(tǒng)模型的反饋數(shù)據(jù)，驗(yàn)證核心控制器的控制保護(hù)功能；在各仿真模型加載過程中，向核心控制器下發(fā)與仿真模型運(yùn)行狀態(tài)沖突的指令，驗(yàn)證核心控制器的控制指令越限功能。

31、與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的有益效果如下：

32、通過構(gòu)建機(jī)械多體模型、電氣系統(tǒng)模型與狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)模型的聯(lián)合仿真環(huán)境，實(shí)現(xiàn)拖動電機(jī)、加載裝置、變流系統(tǒng)等子系統(tǒng)的動態(tài)耦合仿真，完整復(fù)現(xiàn)平臺啟動時序控制、加載指令協(xié)調(diào)等邏輯，驗(yàn)證核心控制器對多子系統(tǒng)狀態(tài)判斷與協(xié)同控制的準(zhǔn)確性，降低實(shí)際調(diào)試中因邏輯沖突導(dǎo)致的運(yùn)行失敗風(fēng)險。

33、通過機(jī)械多體模型的動力學(xué)仿真，實(shí)時輸出扭矩、振動、應(yīng)變等載荷數(shù)據(jù)，結(jié)合模態(tài)綜合法快速求解，實(shí)現(xiàn)加載過程中載荷的預(yù)演與校核，確保試驗(yàn)載荷在設(shè)計安全范圍內(nèi)，避免實(shí)際平臺因過載沖擊造成的機(jī)械損傷。

34、提出面向傳動鏈測試平臺核心控制器的硬件在環(huán)仿真架構(gòu)，通過實(shí)時仿真系統(tǒng)模擬平臺電氣特性、機(jī)械響應(yīng)及傳感器反饋，構(gòu)建與實(shí)際工況一致的控制閉環(huán)，驗(yàn)證從空載啟動到動態(tài)加載的全流程控制策略，解決傳統(tǒng)方法無法覆蓋平臺級控制邏輯的問題。

35、利用故障注入功能在虛擬環(huán)境中觸發(fā)保護(hù)邏輯測試，提前暴露控制缺陷，減少因保護(hù)失效導(dǎo)致的物理設(shè)備損壞；同時通過仿真替代部分型式認(rèn)證測試項，縮短認(rèn)證周期。

36、通過狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)模型動態(tài)配置定常量數(shù)據(jù)、時變信號，及模擬通信中斷，逼真復(fù)現(xiàn)實(shí)際測試中的邊界條件與異常工況，確保核心控制器在極端場景下的魯棒性。