(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210787705.7 (22)申请日 2022.07.06 (71)申请人 明阳智慧能源集团股份公司 地址 528437 广东省中山市 火炬开发区火 炬路22号 (72)发明人 胡广　黄蓉　黄国燕　 (74)专利代理 机构 广州市华学知识产权代理有 限公司 4 4245 专利代理师 冯炳辉 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种风机多源模型耦合协同仿真方法、 平 台、 介质及设备 (57)摘要 本发明公开了一种风机多源模型耦合协同 仿真方法、 平台、 介质及设备， 该方法首先通过在 SolidWork s软件中建立风机的三维实体模型、 在 MATLAB软件中建立用于解析风能的转换过程的 风机数学模型、 在Bladed软件中建立风机运行参 数模型以及在Simulink软件中搭建风机控制器 模型后， 再通过多源模型资源接口方法对三维实 体模型、 风机数学模型、 风机运行参数模型和风 机控制器模 型进行封装， 设计通用模 型资源实体 组件及组件描述文件， 从而建立数据共享机制， 最终进行各模型的耦合仿真并将结果体现在风 机的各部件实体上； 本发明可实时呈现风机各部 件的真实运动状态， 大幅度降低计算资源， 节约 时间成本， 快速分析风机载荷变化情况与外部激 励的关系， 为 风机控制器的调试提供技 术支持。 权利要求书3页 说明书7页 附图2页 CN 115238409 A 2022.10.25 CN 115238409 A 1.一种风机多源模型耦合协同仿真方法， 其特征在于： 该方法首先通过在SolidWorks 软件中建立风机的三 维实体模 型、 在MATLAB软件中建立用于解析风能的转换过程的风机数 学模型、 在Bladed软件中建立风机运行参数模 型以及在Simulink软件中搭建风机控制器模 型后， 再通过多源模 型资源接口方法对三 维实体模 型、 风机数学模型、 风机运行参数模型和 风机控制 器模型进行封装， 设计通用模型资源实体组件及组件描述文件， 从而建立数据共 享机制， 最终进行 各模型的耦合仿真并将结果体现在风机的各部件实体上。 2.根据权利要求1所述的一种风机多源模型耦合协同仿真方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： S1、 建立三维实体模型、 风机数 学模型、 风机运行参数模型和风机控制器模型； S2、 采用Matlab/C++混合编程方式， 以Matlab  Engine作为控制接口， 实现对三维实体 模型、 风机数 学模型、 风机运行参数模型和风机控制器模型的控制； S3、 利用Matlab库函数实现与Matlab模型间的信息交互， 设计通用模型资源实体组件 .DLL及组件描述文件.xml， 调用风机运行参数模型中的风机运行参数， 以共享内存的方式 实现通用模型资源实体组件.DLL与风机控制器模型间的信息交互， 风机运行参数模型与外 部软件的数据交互采用API方式， Simulink得到风机的风力 荷载后加载至三维实体模 型上， 使风机的运动情况实时可视化。 3.根据权利要求2所述的一种风机多源模型耦合协同仿真方法， 其特征在于， 在步骤S1 中， 具体执 行以下操作： 在SolidWorks软件中建立风机的三维实体模型， 在SolidWorks软件的控制动力学模块 设置风机各部件的材料属 性， 在各部件间施加固定副、 旋转副， 创建接触力约束， 在叶片上 创建风力作为驱动； 在MATLAB 软件中依次建立风机的气动、 传动链、 塔架和发电机的数学模型， 解析风能的 转换过程； 气动数学模型不考虑风剪切在叶片上造成载荷不均衡现象， 叶片上的气动力、 气 动力矩相等的基础上， 调用预设的翼型气动数据库， 沿叶片展向进 行离散线积分， 求取整支 叶片产生的气动力， 其中所述气动翼型数据库为翼型在不同攻角下， 从切入至切出这一风 速段内的推力系数和扭矩系数； 传动链模型简化为叶轮—传动链和传动链—发电机两振 系， 均为质量—弹簧—阻尼系统， 建立 运动微分方程： 其中， k为弹簧刚度， c为阻尼器阻尼， Q为外力矩， θ为角位移， 是相对值， J为惯性质量 矩； 塔架模型视为质量—弹簧—阻尼系统， 其变量关系满足： 其中， k为弹簧刚度， c为阻尼器阻尼， F为外力， x为位移， 是相对于地面的相对值， M为惯 性质量矩； 发电机模型为发电机和变频器组成的变速驱动装置， 用一阶迟滞模型反应该变频器的 转矩响应：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115238409 A 2其中， Qd为所请求的扭矩， Qg为气隙扭矩， τe为一阶迟滞的时间常数， S表示该传递函数 是原函数 经过拉普拉斯变换后的表达式； 在Simulink软件中使用Logic  and Bit Operations模块、 Lookup  Tables模块、 Math   Operations模块以及Port&Subsystems模块， 实现对机组 的启机、 并网、 停机、 偏航对风、 机 组监测与保护、 故障诊断与智能维护的控制逻辑， 最终搭建出控制器模型。 4.根据权利要求2所述的一种风机多源模型耦合协同仿真方法， 其特征在于， 在步骤S3 中， 具体执 行以下操作： 1)设定共享内存区域， Bladed进程和Simulink进程能够对该共享内存区域的地址同时 访问， 能同时对共享内存区域中的数据进行读写， 首先利用CreateFileMapping()函数对 Bladed计算结果文件或Simulink指令文件进行存取操作， 在该函数中对Bladed计算结果文 件或Simulink指 令文件进 行操作等同于直接对共享内存 数据进行操作； 在成功创建共享文 件后， CreateFileMapping()函数产生一个file ‑mapping核心对象， file ‑mapping核心对 象记录了内存数据与共享文件数据的映射关系， 再利用MapViewFile()函数， 产生一个指 向可用内存的指针， 指向被映射的视图开头； 2)使用共享内存， 在完成共享内存的定义与创建并建立了映射关系后， 利用file ‑ mapping核心对象使得其它需要访问共享内存的进程都能通过名称找到共享内存， 并将其 映射到各进程的地址 空间中， 构建成视图； 再利用OpenFileMapping()函数， 向访问共享内 存的进程返回一个句柄， 代表一个file ‑mapping核心对象， 同时进程通过调用 OpenFileMapping()函数获得一个指向共享内存的指针； 3)清理共享内存， 在完成对共享内存的读写操作后， 调用UnmapViewOfFile()函数， 将 原本由调用MapViewOfView()函数而获得的指针交出， 再调用CloseHandle()函数， 把 file‑mapping核心对象的句柄交出； 4)利用MATLAB 软件对描述有共享 内存接口调用信息的程序进行编译， 生成MEX文件， 利 用S‑Function将编译通过的MEX文件转换为被风机控制器模型应用的控件资源， 使用 mdlInitializeSizes()函数确定风机控制器模型的输入输出口的个数， 在MEX文件中使用 mdlInitializeSampleTimes()函数对S ‑Function函数的采样周期作出定义， 最终采用内 存共享技术来完成Bladed进程和Simul ink进程之间的通信， 确保数据的传输可靠 。 5.一种风机多源 模型耦合协同仿真平台， 其特 征在于， 包括： 基于Matlab的风机数学建模模组， 用于建立风机的气动、 传动链、 塔架和发电机的数学 模型； 基于Bladed的风机运行参数建模 模组， 用于对风机建立 运行参数模型； 基于SolidWorks的风机可视化模组， 用于对风机建立 三维实体模型； 基于Simulink的风机控制器建模模组， 用于对机组的启机、 并网、 停机、 偏航对风、 机组 监测与保护、 故障诊断与智能维护的控制逻辑； 通用模型资源实体模组， 用于建立数据共享机制， 最终进行 各模型的耦合仿真。 6.一种存储有指令的非暂时性计算机可读介质， 其特征在于， 当所述指令由处理器执 行时， 执行根据权利要求1至4任意 一项所述的风机多源 模型耦合协同仿真方法的步骤。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115238409 A 3