[发明专利]一种风力发电机组等效气动模型实现方法

说明书

本发明公开了一种风力发电机组等效气动模型实现方法，利用风力发电机组某些设计或实测参数，通过机械模型计算得到风轮输出的气动转矩，并从风力机气动特性的本质出发，构建了目标风速求解函数，给出了目标风速解算方法，能够实现目标风速高效求解，最后将目标风速和相应风轮转矩系数表构成风力发电机组等效气动模型。本发明有助于建立兼具良好通用性、适用性和实用性的风力发电机组电气仿真模型，能够用于风力发电机组或风电场等相关领域的仿真研究与实际控制的应用场合。

技术领域

本发明属于新能源发电技术领域，尤其涉及一种风力发电机组等效气动模型实现方法。

背景技术

随着风电产业的迅猛发展，风电渗透率不断提高，风电对电网安全性、稳定性的影响越发显著，同时电网对风电并网性能的要求更加严格。风电和电网相互作用特性及其控制方法研究的广度和深度不断延伸，风电并网仿真逐渐成为进行相关研究的重要方法。作为构成风力发电系统最基础、最重要的风力发电机组，其电气仿真模型是进行风电并网仿真研究的重要基础。

当前，关于风力发电机组单机电气仿真模型的通用模块化结构及其建模方法已非常明确，比如在国际电工委员会最新发布的IEC 61400-27-1:2015标准中，将风力发电机组单机电气仿真模型分为气动模块、机械模块、发电机系统模块、电气系统模块、电网保护模块、控制模块(包括变桨控制模块、发电机控制模块)等六个模块，并给出了各个模块的通用建模方法。

对于气动模块，则给出了恒定转矩气动模型、一维气动模型和二维气动模型三种通用建模方法。实际上，风力发电机组实际运行的气流环境非常复杂，风速矢量在风轮旋转面上分布也及其复杂，会受到剪切、塔影、湍流等因素的影响。为了考虑这些因素，业内普遍采用Bladed等专业软件进行风力发电机组气动设计，然而基于Bladed的气动设计又要涉及大量的计算，而且受限于现有建模方法，其精度也不能切实保证。因此，一方面，气动模型通用建模方法简单易行，但忽略了众多影响因素，其应用场合严重受限；另一方面，采用Bladed等专业软件进行气动设计，能够较好的提升气动模型的精度，但又不适用于风电场级等风电大规模接入电网的并网仿真研究。

发明内容

本发明的目的在于，提供了一种风力发电机组等效气动模型实现方法，通过本方法实现了建立兼具良好通用性、适用性和实用性的风力发电机组电气仿真模型。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种风力发电机组等效气动模型实现方法，所述等效气动模型实现方法至少包括如下步骤：S1：获取风力发电机组关键输入参数；S2：建立风力发电机组机械模型，并计算风轮输出的气动转矩T_aer(e)；S3：完成单个运行点的目标风速υ_e的计算；S4：重复步骤S1至S3，完成各运行点的目标风速υ_e的计算，从而获取目标风速序列υ_e(t)；S5：基于风力发电机组风轮转矩系数表Ct和目标风速序列υ_e(t)获得风力发电机组等效气动模型。

根据一个优选的实施方式，所述步骤S3中，单个运行点的目标风速计算过程包括：

步骤3-1：构建目标风速求解函数g(λ)；

步骤3-2：计算使得求解函数g(λ)取得最小值的叶尖速比λ_f；

步骤3-3：计算单个运行点的目标风速υ_e。

根据一个优选的实施方式，所述目标风速求解函数g(λ)是指建立当桨距角β＝β_m时，以叶尖速比λ为自变量的函数，g(λ)按下式定义，即

g(λ)＝|Ct(λ,β_m)-kλ²|

式中，k为无量纲系数，应按下式计算，即