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龙图腾网获悉南京邮电大学申请的专利一种考虑转速偏差补偿的风力机动态特性模拟系统获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN114412708B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-09-02发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202210087614.2，技术领域涉及：F03D7/04；该发明授权一种考虑转速偏差补偿的风力机动态特性模拟系统是由郭鸿浩;林欣欣;杨浩;姜本笑;郭前岗设计研发完成，并于2022-01-25向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种考虑转速偏差补偿的风力机动态特性模拟系统在说明书摘要公布了：本发明涉及一种考虑转速偏差补偿的风力机动态特性模拟系统，属于风力发电的技术领域。所述模拟系统包括：电动机、位置传感器、速度计算模块、反馈转矩计算模块、负载转矩观测器模块、风力机仿真模型模块、风力机转速计算模块、参考转矩计算模块、转矩控制器、三相全桥变换器。所述模拟系统的控制策略中融合模型预测控制方法，并采用负载转矩观测器观测风力发电机转矩，所推导的电动机参考电磁转矩计算公式中包含风力机系统与模拟系统的转速差值补偿项，使得该风力机模拟系统的模拟精度高，适用于风力机动态特性的模拟。

本发明授权一种考虑转速偏差补偿的风力机动态特性模拟系统在权利要求书中公布了：1.一种考虑转速偏差补偿的风力机动态特性模拟系统，其特征在于：由模型实时仿真部分和电机驱动部分组成； 其中模型实时仿真部分包括：电动机、位置传感器、三相全桥变换器；电机驱动部分包括：速度计算模块、反馈转矩计算模块、负载转矩观测器模块、风力机仿真模型模块、风力机转速计算模块、参考转矩计算模块、转矩控制器； 所述电动机通过传动轴与风力发电机相连，电动机的输入端与三相全桥变换器的输出端相连接；所述位置传感器的旋转部分与电动机的转子同轴安装，其静止部分固定在电动机的机壳上，所述位置传感器的输出为电动机的角度信号θ；速度计算模块的输入为θ，输出为电动机转子转速Ωm； 反馈转矩计算模块的输入为θ与电动机的三相电流ia、ib、ic，输出为反馈转矩Tem； 负载转矩观测器模块的输入为Ωm、Tem，输出为负载转矩观测器的观测转矩 风力机的仿真模型模块输入为Ωm、风速模型产生的风速v，输出为风力机模型等效至高速轴的气动转矩Twt； 风力机转速计算模块输入为Twt、输出为风力机模型等效至高速轴的转速Ωwt *； 参考转矩计算模块的输入为Twt、Ωwt *、Ωm、输出为电动机的电磁参考转矩Tem *； 转矩控制器输入为Tem *、Tem，输出为开关信号； 三相全桥变换器的输入为开关信号，输出为ia、ib、ic； 所述模拟系统在离散控制下，初始时刻时由模型实时仿真部分随机给出一组开关信号，并传送给电机驱动部分，作用至三相全桥变换器，对电动机进行驱动； 在电机驱动部分，分别对位置传感器的输出的电动机的角度信号θk，电动机的三相电流iak、ibk、ick进行采样，传送给模型实时仿真部分，其中，k表示第k时刻； 在模型实时仿真部分，速度计算模块的输入为θk，输出为电动机转子转速Ωmk；反馈转矩计算模块输入为θk与iak、ibk、ick，输出为反馈转矩Temk；负载转矩观测器模块输入为Ωmk、Temk，输出为负载转矩观测器的观测转矩风力机仿真模型模块的输入为Ωmk、风速vk，输出为风力机模型等效至高速轴的气动转矩Twtk；风力机转速计算模块输入为k-1时刻风力机模型等效至高速轴的气动转矩Twtk-1、k-1时刻负载转矩观测器的观测转矩k-1，输出为风力机模型等效至高速轴的转速Ωwt *k；分别计算得到Ωmk、k、Twtk、Ωwt *k后，将此四个量输入至参考转矩计算模块，所述参考转矩计算模块输出为电动机的电磁参考转矩Tem *k，将Tem *k与Temk作为转矩控制器的输入，进行转矩闭环控制，输出为开关控制信号，传送给电机驱动部分； 在模型实时仿真部分采用了一个负载转矩观测器来观测风力发电机转矩，其目的是增加模拟系统中电动机与风力发电机的独立性，所述负载转矩观测器设计如下： 模拟机组，即电动机与风力发电机的连续域运动方程为 其中θ为电动机的角度信号；ω为电动机转子转速；Te为电动机的电磁转矩；JMG＝Jm+Jg，BMG＝Bm+Bg，其中Jm为电动机的转动惯量；Jg为风力发电机的转动惯量；Bm为电动机的摩擦系数；Bg为风力发电机的摩擦系数，Tg为风力发电机转矩； 所述负载转矩观测器为超螺旋滑模观测器，其基于高阶滑模理论，如果同时考虑转子位置观测，其模型为 其中为电动机的角度信号观测值；为电动机转子转速观测值； ηω、ηθ、uω、uθ为负载转矩观测器参数；λθ、λω、αθ、αω为负载转矩观测器的增益，当λθ＝λω＝1000,αθ＝αω＝100时，负载转矩观测器进入滑模状态； 其中signx是符号函数，表达式为 若不考虑机械常数，即转动惯量与摩擦系数的偏差，可得 当进入滑模状态稳态：前式中则可以进一步得到负载转矩观测器观测出的发电机转矩表达式为 在电机驱动部分，三相全桥变换器的输入为开关控制信号，开关控制信号作用后，输出三相电流，进而驱动电动机旋转，由电动机带动风力发电机旋转； k+1时刻再分别对角度信号θk+1和三相电流iak+1、ibk+1、ick+1进行采样，按照上述工作流程进入下一个周期的控制； 所述模拟系统中电动机的电磁参考转矩Tem *k的计算方法如下： 步骤1、根据两质量块等效模型，分别列出所述风力机仿真模型和模拟机组的离散运动方程； 忽略摩擦系数，风力机仿真模型的离散运动方程作为参考预测模型： 其中，Jwt为风力机仿真模型等效至高速轴的转动惯量；Ωwt *k+1为风力机仿真模型在k+1时刻等效至高速轴的转速；离散控制的采样时间为Td； 忽略摩擦系数，模拟机组的离散运动方程作为控制对象预测模型： 其中，Jm为电动机的转动惯量；Ωmk+1为电动机在k+1时刻的转子转速； 步骤2、设置模型预测控制方法中的代价函数H； H＝[Ωwt *k+1-Ωmk+1]23 步骤3、计算k时刻风力机模型等效至高速轴的转速Ωwt *k，其根据式1在k-1时刻预测得到： 其中，Ωwt *k-1为风力机仿真模型在k-1时刻等效至高速轴的转速； 步骤4、计算k时刻最佳控制量Tem *k，Tem *k其应使得代价函数H取得最小值；将式12带入3中，H是关于Tem *k的一元二次函数，当H的一阶导数为零时，解得 其中，JMG＝Jm+Jg；JWT＝Jwt+Jg；即为风力机仿真模型和模拟机组在k时刻转速偏差的补偿项； 步骤5、根据式45能够计算出具体的Tem *k值，Tem *k与Temk作为转矩控制器的输入。

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