[发明专利]一种直驱永磁风电机组的建模与仿真方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，更为具体地说，涉及一种直驱永磁风电机组的建模与仿真方法和装置。

背景技术

直驱永磁风电机组是基于永磁同步发电机且由风力直接驱动进行发电的变频恒速风电机组，该直驱永磁风电机组采用叶轮与发电机直接相连进行驱动的方式，能够保证发电机的高效运转。

完整的直驱永磁风电机组模型包括多个结构的相关模型，基于大量特征量进行计算，从而过多增加了模型中方程的阶数，甚至达到十几阶，甚至几十阶，导致在研究直驱永磁风电机组时，计算量大、仿真速度慢和运行不稳定。为了克服上述问题，相关技术中，在研究直驱永磁风电机组模型时，一般基于特征值分析法分析直驱永磁风电机组的相关模态，即通过计算特征根、特征向量和特征值的灵敏度，确定主导模态，保留与主导模态相关的状态变量，消去其它状态变量，从而降低模型的阶数，然而上述简化的直驱永磁风电机组模型过于简化，只是反映直驱永磁风电机组的部分结构在特定情况下的运行状况，在计算风电机组模态时，并不能充分反映直驱永磁风电机组中主要结构的运行特性。

综上所述，如何降低计算量，提高仿真速度，并充分反映直驱永磁风电机组的主要运行特性成为目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种直驱永磁风电机组的建模与仿真的技术方案，以解决背景技术中所介绍的现有技术中的直驱永磁风电机组模型的计算量大，仿真速度慢且不能准确反映风电机组的主要运行特性的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

根据本发明的第一方面，提出了一种直驱永磁风电机组的建模与仿真方法，该直驱永磁风电机组的建模与仿真方法包括：

构建直驱永磁风电机组的风电机组模型；

根据所述风电机组模型对并入电网的直驱永磁风电机组进行仿真；其中，所述构建直驱永磁风电机组的风电机组模型的方法包括：

构建直驱永磁风电机组的风力机模型；

构建所述直驱永磁风电机组的三阶双质块轴系模型；

构建所述直驱永磁风电机组的二阶桨距角控制模型；

根据所述直驱永磁风电机组的发电机转速与发电机电流关系，模拟发电机转速控制，构建所述直驱永磁风电机组的发电机、机侧变流器及控制所述发电机和机侧变流器的控制系统的第一一阶控制模型；

构建所述直驱永磁风电机组的一阶直流电容模型；

根据变流器直流电容电压与风电机组有功电流的关系，构建所述直驱永磁风电机组的网侧变流器及所述网侧变流器的控制系统的第二一阶控制模型。

优选地，所述构建直驱永磁风电机组的风电机组模型的方法，具体还包括：

根据风速、桨距角、风力机转速和风力机机械转矩之间的关系，模拟直驱永磁风电机组的风力机吸收风功率过程，构建所述风力机模型，根据所述风力机模型，计算风力机机械转矩；

根据风力机转速、发电机转速、所述风力机机械转矩以及发电机电磁转矩之间的关系，模拟所述直驱永磁风电机组的风力机机械转矩和发电机电磁转矩的能量传递关系，构建所述三阶双质块轴系模型，根据所述三阶双质块轴系模型，计算风力机转速和发电机转速；

根据所述发电机转速与桨距角的关系，模拟直驱永磁风电机组的桨距角控制和伺服环节，构建所述二阶桨距角控制模型，根据所述二阶桨距角控制模型计算桨距角；

根据所述发电机转速与发电机电流的关系，模拟发电机转速控制，构建所述发电机、机侧变流器及控制所述发电机和机侧变流器的控制系统的第一一阶控制模型，根据所述第一一阶控制模型，计算发电机电磁转矩和机侧变流器功率；

根据变流器直流电容电压、所述网侧变流器功率和所述机侧变流器功率的关系，构建所述一阶直流电容模型，根据所述一阶直流电容模型，计算变流器直流电容电压；

根据所述变流器直流电容电压与风电机组有功电流的关系，模拟直驱永磁风电机组的直流电容电压控制，构建所述网侧变流器及所述网侧变流器的控制系统的第二一阶控制模型，根据所述第二一阶控制模型计算网侧变流器功率，其中，所述网侧变流器功率即为风电机组功率。

优选地，所述根据直驱永磁风电机组的发电机转速与发电机电流关系，模拟发电机转速控制，构建所述直驱永磁风电机组的发电机、机侧变流器及控制所述发电机和机侧变流器的控制系统的第一一阶控制模型的方法具体包括：

i_qs＝k_pω(ω_ref-ω_g)+k_iωx₁