[发明专利]一种双馈异步风力发电机组的整机动态建模方法

说明书

本发明是关于一种双馈异步风力发电机组的整机动态建模方法，包括：获取风力发电机组中风轮的结构参数和风轮中叶片各截面翼型的升阻力气动数据；根据结构参数和升阻力气动数据，利用自由涡尾迹方法建立风轮空气动力学子模型；建立风力发电机组的机械侧子模型和电气侧子模型；建立机械侧子模型与电气侧子模型的数据传输通道；利用数据传输通道对整机动态模型进行耦合求解，其中，整机动态模型包括机械侧子模型和电气侧子模型。本发明通过对风力发电机组的机械侧和电气侧分别进行高精度建模，并对整机动态模型进行耦合求解，实现对风力发电机组与电网扰动的相互作用进行模拟分析。

技术领域

本发明涉及风力发电控制技术领域，尤其涉及一种双馈异步风力发电机组的整机动态建模方法。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。风力发电是利用风力发电机组把风的动能转变成机械能，再把机械能转化为电能的一种风能利用方式。考虑到成本、制造、运输及安装的便利性，目前80％以上的大型兆瓦级风力机80％以上采用双馈异步发电机，然而，双馈异步发电机的定子侧与电网直接相连的结构特性决定了双馈异步风力发电机组与电网之间的相互影响较大，例如，电网扰动，尤其是电网电压跌落故障，极易损坏双馈异步发电机的变流器，进而危及风力发电机组的安全运行，同样的，双馈异步发电机的自身故障也会威胁到电网的正常运行。

通过对双馈异步风力发电机组的机械侧和电气侧进行建模分析是实现风力发电系统安全、稳定以及可靠运行的重要手段。对双馈异步风力发电机组的机械侧进行建模方法有叶素动量方法、CFD(Computational Fluid Dynamics，计算流体动力学)法等，利用建立的机械侧模型，求解风轮的气动力数据，根据风轮的气动力数据，分析双馈异步风力发电机组运行特性；对双馈异步风力发电机组的电气侧建模方法有低阶模型法、高阶模型法等，利用建立的电气侧模型模拟双馈异步风力发电机组电气侧运行工况。

由于叶素动量方法的自身理论缺陷，需要大量经验修正，存在较大误差；利用CFD方法虽然能够准确求解各种工况下的风力发电机组气动性能，但计算量较大，不利于工程快速分析和求解。因此，工程上常采用查表的方式获取机械侧风轮的气动力数据，并将所获取数据供电气侧模型使用。但是，风力发电机组与电网的相互作用是一个动态过程，因此，应用查表获得的机械侧数据不能够对风力发电机组的风轮转矩波动和电网电压、频率波动引起的风力发电机组与电网间相互作用产生的动态行为和暂态行为进行模拟。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本发明提供一种双馈异步风力发电机组的整机动态建模方法。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种双馈异步风力发电机组的整机动态建模方法，包括：

获取风力发电机组中风轮的结构参数和所述风轮中叶片各截面翼型的升阻力气动数据；

根据所述结构参数和所述升阻力气动数据，利用自由涡尾迹方法建立风轮空气动力学子模型；

建立所述风力发电机组的机械侧子模型和电气侧子模型，其中，所述机械侧子模型包括桨距角控制系统模块子模型、齿轮传动链模块子模型以及所述风轮空气动力学子模型，所述电气侧子模型包括双馈发电机模块子模型和变流器及控制系统模块子模型；

建立所述机械侧子模型与所述电气侧子模型的数据传输通道；

利用所述数据传输通道对整机动态模型进行耦合求解，其中，所述整机动态模型包括所述机械侧子模型和所述电气侧子模型。

优选地，利用所述数据传输通道对所述整机动态模型进行耦合求解包括：

将所述机械侧子模型与所述电气侧子模型初始化；

将所述机械侧子模型与所述电气侧子模型设置统一的物理时间步；