[发明专利]大规模风电场中多风力发电机组建模方法

权利要求书

1.一种大规模风电场中多风力发电机组建模方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、构建风力发电机组风力机模型；

步骤2、构建风力发电机组轴系模型；

步骤3、构建风力发电机组发电机模型；

步骤4、构建风力发电机组变流器控制模型；

步骤5、构建风力发电机组最大功率点跟踪控制模型；

所述步骤1中，风力发电机组风力机模型输入信号是风速V_w、转速ω和桨距角β，输出信号是机械转矩T_m；

所述步骤2中，风力发电机组轴系模型采用单质快模型，忽略了传动轴的阻尼系数和刚性系数，参数方程如下：

式中，ω为电机机械转速；T_m为机械转矩；T_e为电磁转矩；J为转动惯量。

所述步骤3中，永磁直驱式参数方程和双馈式参数方程如下：

(1)直驱式参数方程

式中，i_q为定子q轴电流；R_s为定子电阻；p为发电机转子极对数；ψ_f为转子永磁体磁链；ω为发电机转子转速；

(2)双馈式参数方程

式中，L_m为定子绕组与转子绕组的互感，L_s为定子绕组自感，U_s为定子电压幅值，ω_e为发电机电角速度，i_rq为转子q轴电流；

所述步骤4中，风力发电机组变流器控制模型将双环控制简化为单环控制，忽略响应速度快、电磁时间常数小的电流内环的动态过程，认为电流内环的输入信号等于输出信号；

所述步骤5中，风力发电机组最大功率点跟踪控制模型的输入信号是风速V_w和转速ω，输出信号是当前风速下所对应的最大功率参考信号P_ref(直驱式模型)或最大功率参考信号P_ref对应的最优转速参考信号ω_ref(双馈式模型)，以及桨距角β。

2.如权利要求1所述的一种大规模风电场中多风力发电机组建模方法，其特征在于：所述步骤1中，风力发电机组风力机模型包括风速模型、风力机气动特性模型；风速模型包括恒定风模型和阵风模型；其中恒定风模型表达式如下：

式中，V_mean为恒定风速值，t为时间变量，T_start1为恒定风开始时间，T_end1为恒定风结束时间；

阵风模型表达式如下：

式中，V_min为阵风起始风速，V_max为阵风阶跃后风速，t为时间变量，T_start2为阵风开始时间，T_change为阵风阶跃时间，T_end2为阵风结束时间；

风力机气动特性模型为现有技术。

3.如权利要求1或2所述的一种大规模风电场中多风力发电机组建模方法，其特征在于：所述步骤4中的风力发电机组变流器控制模型包括有功功率控制与无功功率控制。

4.如权利要求3所述的一种大规模风电场中多风力发电机组建模方法，其特征在于：有功功率控制是以其当前风速下所对应的最大功率点P_ref(直驱式模型)或其对应的最优转速ω_ref(双馈式模型)为控制信号，进而控制电磁转矩T_e以及输出有功功率P，实现最大功率点跟踪。

5.如权利要求3所述的一种大规模风电场中多风力发电机组建模方法，其特征在于有功功率、无功功率控制是：对于单台双馈风机模型，转速ω和其参考信号ω_ref进行比较经PI调节器输出电流内环的控制指令i_qref，即等效为电流内环输出值i_rq，再计算出电磁转矩T_e带入传动轴系运动方程得到转速ω进行反馈，内环电流输出值经过计算得到有功功率实际值P，无功功率参考信号Q_ref经过一个一阶滞后环节得到无功功率实际值Q，功率值与电压值经过计算得到受控电流源的控制信号，并入电网；或者对于单台直驱风机模型，发电机输出功率实际值P和参考信号P_ref进行比较，经PI调节器输出电流内环的控制指令i_qref，等效为电流内环输出值i_q，再经过计算得到功率实际值P，电流内环实际值i_q、i_d经过dq/abc坐标变换得到受控电流源i_source的控制信号，使其并入电网。