[发明专利]一种风力发电的模型仿真系统及方法

权利要求书

1.一种风力发电的模型仿真系统，其特征在于：包括模拟风力装置模块(1)、偏航装置模块(2)、变桨装置模块(3)、风机模型模块(4)、传感器与控制模块和仿真机(5)；

所述模拟风力装置模块(1)的环绕圆形导轨(1-4)的圆心设置，所述偏航装置模块(2)、变桨装置模块(3)和风机模型模块(4)的主体部分位于圆形导轨(1-4)的圆心；

所述模拟风力装置模块作用是提供模拟的风力场景，包括风扇(1-1)，风扇(1-1)连接在伸缩杆(1-2)的上端，伸缩杆(1-2)的下端连接风扇底座(1-3)，伸缩杆(1-2)能够调节高度，圆形导轨(1-4)安装在风扇底座(1-3)的下端，使得风扇底座(1-3)能够在圆形导轨(1-4)上自由滑动；

所述风机模型模块(4)包括风机保护壳(4-3)，交流发电机(4-1)放置在风机保护壳(4-3)的内部，三个桨叶紧固装置(4-2)按照垂直方向均匀排列在风机保护壳(4-3)上；

所述偏航装置模块(2)包括偏航电机(2-1)，偏航电机(2-1)安装在风机模型模块(4)中的风机保护壳(4-3)的内部，并且通过信号线与主控制器PLC(2-4)相连，主控制器PLC(2-4)通过信号线与对风舵(2-2)相连，对风舵(2-2)放置在圆型导轨(1-4) 的圆心，高度低于风机模型模块(4)；对风舵(2-2)能够根据风向自动对风，采集此时的迎风角度、风力大小信息，传送至主控制器PLC(2-4)，主控制器PLC(2-4)通过控制偏航电机(2-1)控制风机模型模块(4) 的水平旋转角度；

所述变桨装置模块(3)包括变桨电机(3-1)，变桨电机(3-1)安装在风机模型模块(4)中的风机保护壳(4-3)的内部，并且通过信号线与主控制器PLC(2-4)相连，变桨电机(3-1)连接桨叶(3-2)，能够调节桨叶(3-2)绕桨叶轴心的旋转角度，桨叶(3-2)直接安装在风机模型模块(4)中的桨叶紧固装置(4-2)上，并且能更换若干套规格大小不同的桨叶；

所述传感器与控制模块：包括在变桨装置模块(3)中的桨叶(3-2)上安装的速度传感器获得此时桨叶的旋转速度，在偏航装置模块(2)的对风舵(2-2)上安装的风速风向传感器(2-3)获得此时风速风向的信息，在风机模型模块(4)上安装的角度测量仪上获取此时风机模型的迎风角度；并且以上传感器通过千兆网线与仿真机(5)相连，实时传送数据；主控制器PLC(2-4)与仿真机(5)通过千兆网线相连，仿真机(5)通过主控制器PLC(2-4)下发指令；

交流发电机(4-1)通过模拟量/数字量转换器，将交流电转化为数字量信号，获得此时交流发电机(4-1)发出的交流电信息；同时传送至仿真机(5)进行仿真数据导出和分析；

所述仿真机(5)上通过MATLAB软件部署有整流模块、逆变模块、信号放大模块对数据进行处理，完成实验；

所述变桨装置模块(3)上的桨叶(3-2)能够拆卸，根据需要备用多套以便于更换不同类型桨叶。

2.如 权利要求1所述的一种风力发电的模型仿真系统的模型仿真方法，其特征在于：通过风力发电的模型仿真系统，进行测试和仿真，包括如下步骤：

S100：通过模拟风力装置模块(1)送风到风机模型模块(4)，为风机模型模块(4)提供模拟风力环境；

S200：偏航装置模块(2)中的对风舵(2-2)受风转动后，通过风速风向传感器(2-3)将风力风向反馈到主控制器PLC(2-4)，并且风速风向传感器(2-3)收集此时的风力风向信息；

S300：风机模型模块(4)通过主控制器PLC(2-4)控制偏航装置模块(2)中的偏航电机(2-1)，利用偏航电机(2-1)带动风机模型模块(4)做水平旋转，做任意角度的转动受风，带动风机模型模块(4)中的交流发电机(4-1)；

S400：通过主控制器PLC(2-4)控制其变桨装置模块(3)中的变桨电机(3-1)，改变桨叶(3-2)的迎风角度，带动风机模型模块(4)中的交流发电机(4-1)；

S500：交流发电机(4-1)连接模拟量/数字量转换器，将交流发电机(4-1)发出的交流电转化成数字信号通过USB传送至仿真机(5)；

S600：通过传感器与控制模块中的速度传感器和风速风向传感器(2-3)，实时采集桨叶(3-2)末端速度、风速风向、迎风角度关键数据；

S700：利用仿真机(5)进行最终数据的导出与分析。