一种双馈异步风力发电机组的整机动态建模方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

Whole machine dynamic modeling method of doubly fed asynchronous wind generator set

The present invention is the dynamic modeling method of a doubly fed induction generator includes: obtaining gas lift drag wind turbine blade structure parameters of turbine wheel stroke and wind wheel in each section airfoil aerodynamic data; according to the structure parameters of drag and lift aerodynamic data, by using self built wind wheel air vortex wake method dynamic model; mechanical and electrical side side sub model sub model of wind turbine is established; the data transmission channel and establish the mechanical model and the electrical side side sub sub model; on the dynamic model of the coupling solution, using the data transmission channel, dynamic model of the mechanical and electrical side side sub model sub model. The invention of high precision modeling by mechanical and electrical side side of the wind turbine, and coupling of the dynamic model, simulation analysis is carried out to realize interaction of disturbance to the wind turbine and the power grid.

【技术实现步骤摘要】
一种双馈异步风力发电机组的整机动态建模方法
本专利技术涉及风力发电控制
，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。
技术介绍
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(ComputationalFluidDynamics，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。
技术实现思路
为克服相关技术中存在的问题，本专利技术提供一种双馈异步风力发电机组的整机动态建模方法。根据本专利技术实施例的第一方面，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；将动态来流参数输入到所述风轮空气动力学子模型，在所述物理时间步内对所述风轮空气动力学子模型进行迭代计算，得到所述风轮的第一动力参数；通过所述数据传输通道将所述第一动力参数依次传输至所述齿轮传动链模块子模型和所述双馈发电机模块子模型；根据所述第一动力参数，控制所述双馈发电机模块子模型的转矩和转速，在物理时间步内，根据所述动态来流参数、转矩和转速，在所述物理时间步内对所述双馈发电机模块子模型进行迭代计算，得到风轮桨距角，将所述风轮桨距角、转矩和转速传输至所述风轮空气动力学子模型；所述风轮空气动力学子模型根据所述风轮桨距角、转矩和转速调整所述第一动力参数。优选地，所述动态来流参数包括风速、湍流度、阵风和风廓线因子。优选地，将动态来流参数输入到所述风轮空气动力学子模型之前，还包括：更新所述整机动态模型接入电网的电网参数以及所述机械侧子模型与所述电气侧子模型的物理时间步。优选地，所述电网参数包括所述整机动态模型接入电网的电压和电网频率。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之前，还包括：输入恒定风速参数到所述风轮空气动力学子模型，其中，所述风速参数取值范围为3m/s～25m/s，所述风速参数变化量为1m/s；计算不同恒定风速参数下的各子模型的参数，将所述子模型的参数保存为初始化数据库。优选地，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，包括：在叶片各截面翼型的1/4弦长处布置升力线；根据所述风轮的结构参数，将所述升力线分成若干个附着涡线段；根据所述升阻力气动数据计算所述附着涡线段的附着涡环量；根据所述附着涡环量，建立风轮空气动力学子模型。优选地，所述方法还包括：对所述风轮空气动力学子模型进行动态失速和三维修正。优选地，所述机械侧子模型和电气侧子模型为4阶模型。优选地，所述机械侧子模型与所述电气侧子模型的参数均转换到标幺值。本专利技术的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：本专利技术实施例提供的双馈异步风力发电机组的整机动态建模方法，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，建立风力发电机组风轮空气动力学子模型、桨距角控制系统模块子模型、齿轮传动链模块子模型、双馈发电机模块子模型和变流器及控制系统模块子模型，对风力发电系统中风力发电机组的运行工况进行模拟；通过建立数据传输通道，实现机械侧子模型和电气侧子模型之间的数据传递，得到风力发电机组的整机动态模型；通过对整机动态模型进行耦合求解，模拟风力发电机组与电网间相互作用。本专利技术实施例提供的双馈异步风力发电机组的整机动态建模方法，利用自由涡尾迹方法建立的风轮空气动力学子模型在较高叶尖速比条件下计算的风轮气动力数据准确性高；建立的桨距角控制系统模块子模型、齿轮传动链模块子模型、双馈发电机模块子模型和变流器及控制系统模块子模型均为高阶子模型，精确度高；各子模型均采用模块化处理，能够根据风力发电机组的机型及模拟试验结果对子模型进行参数调整。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种双馈异步风力发电机组整机动态建模方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种利用自由涡尾迹方法建立风轮空气动力学子模型的流程示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种对整机动态模型进行耦合求解的流程示意图；图4为本专利技术实施例提供的一种双馈型风力发电系统的结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的一种整机动态模型的耦合求解与数据传递的流程示意图；图6为本专利技术实施例进行稳态模拟时，有功功率模拟值与某1.5MW风力发电机组的设计值的对比示意图；图7为本专利技术实施例进行稳态模拟时，风能利用系数中的模拟值与某1.5MW风力发电机组的设计值的对比示意图；图8为本专利技术实施例进行动态模拟时，有功功率模拟值与VESTASV-52机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双馈异步风力发电机组的整机动态建模方法，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种双馈异步风力发电机组的整机动态建模方法，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的整机动态建模方法，其特征在于，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；将动态来流参数输入到所述风轮空气动力学子模型，在所述物理时间步内对所述风轮空气动力学子模型进行迭代计算，得到所述风轮的第一动力参数；通过所述数据传输通道将所述第一动力参数依次传输至所述齿轮传动链模块子模型和所述双馈发电机模块子模型；根据所述第一动力参数，控制所述双馈发电机模块子模型的转矩和转速，在物理时间步内，根据所述动态来流参数、转矩和转速，在所述物理时间步内对所述双馈发电机模块子模型进行迭代计算，得到风轮桨距角，将所述风轮桨距角、转矩和转速传输至所述风轮空气动力学子模型；所述风轮空气动力学子模型根据所述风轮桨距角、转矩和转速调整所述第一动力参数。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁俊宇，赵明，李孟阳，李萍，杨家全，陆海，罗恩博，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：云南,53