永磁风力发电机组的有功功率存储极限量化方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种永磁风力发电机组的有功功率存储极限量化方法及系统，方法包括步骤：1）获取发电机运行时的端电压表达式；2）将端电压表达式带入发电机控制中直流母线电压与端电压之间的约束关系，得到包含直流母线电压、发电机定子轴和轴电流、发电机转子转速的表达式；3）通过忽略电流微分与轴电流，将步骤2）得到的表达式进行简化并求解，得到当发电机端电压为当前直流母线电压允许最大值下，不同发电机转子转速对应的定子轴电流；4）根据不同发电机转子转速对应的定子轴电流，计算得到不同发电机转子转速下对应的永磁风力发电机组的输出功率，构成风力发电机组有功功率存储边界。本发明专利技术能够实现安全、高效的有功功率存储。有功功率存储。有功功率存储。

【技术实现步骤摘要】
永磁风力发电机组的有功功率存储极限量化方法及系统


[0001]本专利技术属于风力发电
，具体涉及一种永磁风力发电机组的有功功率存储极限量化方法及系统。

技术介绍

[0002]目前,风力发电机组的运行过程中，存在着需要降低输出有功功率的工况，如在黑启动期间、或者电网低电压穿越期间都需要降低自身有功输出。在降低风力发电机组自身有功功率输出时，风力发电机组通常会使用超速减载的方式，将多余有功功率以动能的形式存储至风轮、叶片以及发电机转子中。风力发电机组的有功功率存储边界，指的是风力发电机组以超速减载将有功功率以动能形式存储至风轮、叶片及转子中时允许的最大范围，若以动能形式存储的有功功率超过该范围，将会引发风力发电机组的控制稳定性问题。
[0003]目前在国内外与风力发电机组的有功功率存储边界的相关研究现状主要可分为两类：一类是在应用风力发电机组动能存储技术的过程中完全不考虑有功功率存储边界，如在专利文献CN115021282A与专利文献CN109193804A中，虽然利用了风力发电机组风轮、转子等机构的动能存储能力，但对动能存储的边界，即有功功率存储边界并未进行规定；第二类是仅以常数值来规定有功功率存储的边界，如在专利文献CN111725847A中所提到的最大转子转速。
[0004]因此，还需要进一步对风力发电机组的有功功率存储边界进行精细化规定，从而安全、更加有效的充分利用风力发电机组的动能存储能力。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种实现安全、高效的有功功率存储的永磁风力发电机组的有功功率存储极限量化方法及系统。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种永磁风力发电机组的有功功率存储极限量化方法，包括步骤：1）获取永磁风力发电机组中发电机运行时的端电压表达式；所述端电压表达式包括发电机定子、轴电流以及发电机转子转速；2）将步骤1）内发电机端电压表达式带入发电机控制中直流母线电压和端电压之间的约束关系，得到包含直流母线电压、发电机定子轴和轴电流、发电机转子转速在内的表达式；3）通过忽略电流微分与轴电流，将步骤2）所得到的表达式进行简化并求解，得到当发电机端电压为当前直流母线电压允许最大值下，不同发电机转子转速对应的定子轴电流；4）根据步骤3）所得到的不同发电机转子转速对应的定子轴电流，通过发电机功率计算公式计算得到不同发电机转子转速下对应的永磁风力发电机组的输出功率，构成风
力发电机组有功功率存储边界。
[0007]优选地，在步骤1）中，通过发电机电压
‑
电流状态方程获取发电机运行时的端电压表达式。
[0008]优选地，所述端电压表达式为：（1）其中，为端电压，为绕组电感，为绕组电阻，为发电机极对数，为发电机永磁体磁链；,分别为发电机定子轴和轴电流、为发电机转子转速。
[0009]优选地，在步骤2）中，包含直流母线电压、发电机定子轴和轴电流、发电机转子转速在内的表达式为：（2）其中为直流母线电压。
[0010]优选地，在步骤3）中，通过忽略电流微分与轴电流，对式（2）进行简化后得到式（3），具体为：（3）。
[0011]优选地，在步骤4）中，发电机功率计算公式为：（4）。
[0012]优选地，通过不同发电机转子转速对应的定子轴电流得到二维形式的转速
‑
电流边界图。
[0013]优选地，对不同发电机转子转速下对应的永磁风力发电机组的输出功率进行图形绘制，得到二维形式的风力发电机组有功功率存储边界。
[0014]本专利技术还公开了一种永磁风力发电机组的有功功率存储极限量化系统，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述方法的步骤。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术通过对永磁风力发电机组内发电机内部运行约束的建模推导，得到了永磁风力发电机组在任意输出功率值下对应最大运行转速，从而得到风力发电机组在不同运行功率下动能可存储的极限值；相比目前仅利用常数最大值来规定动能存储极限值，本专利技术能更充分的利用风轮、叶片、发电机转子等旋转机构进行动能存储的潜力，实现安全、高效的有功功率存储。
附图说明
[0016]图1为本专利技术的量化方法在实施例的流程图。
[0017]图2为本专利技术中二维形式的转速
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电流边界示意图。
[0018]图3为本专利技术中的二维形式的转速
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有功功率边界示意图。
[0019]图4为本专利技术中的转速
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有功功率存储边界验证示意图；其中（a）为时间
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输出功率示意图；（b）为时间
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转速示意图。
具体实施方式
[0020]如图1所示，本专利技术实施例的永磁风力发电机组的有功功率存储极限量化方法，具体包括步骤：1）在、轴下通过永磁发电机电压
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电流状态方程获取发电机运行时的端电压表达式，该端电压表达式包含了发电机定子、轴电流以及发电机转子转速；2）将步骤1）获取的发电机端电压表达式带入发电机控制中直流母线电压与端电压之间的约束关系，重新得到包含直流母线电压、发电机定子轴和轴电流、发电机转子转速在内的表达式；3）通过忽略电流微分与轴电流，将步骤2）所得到的表达式进行简化并求解，得到当发电机端电压为当前直流母线电压允许最大值下，不同发电机转子转速对应的定子轴电流，并将发电机转子转速与对应定子轴电流进行保存；4）利用步骤3）中所得到的发电机转子转速与对应定子轴电流，通过永磁发电机功率计算公式，计算得到不同发电机转子转速下对应的永磁风力发电机组的输出功率，所得到的转速与对应输出功率构成风力发电机组有功功率存储边界。上述有功功率存储边界规定了在一定转速下的最大运行功率，也规定了在一定功率下的最大运行转速，一定功率下的最大运行转速点即为该功率下的有功功率存储边界点。
[0021]通过上述步骤所得到的风力发电机组在不同运行功率下动能可存储的极限值，即为基于永磁发电机的风力发电机组有功功率存储边界。
[0022]由于风力发电机组在运行过程中的的动能存储量完全取决于其运行转速，为了量化风力发电机组运行过程中的动能存储极限，本专利技术通过对永磁风力发电机组内发电机内部运行约束的建模推导，得到永磁风力发电机组在任意输出功率值下对应最大运行转速，从而得到风力发电机组在不同运行功率下动能可存储的极限值；相比目前仅利用常数最大值来规定动能存储极限值，本专利技术能更充分的利用风轮、叶片、发电机转子等旋转机构进行动能存储的潜力，实现安全、高效的有功功率存储。
[0023]本专利技术还公开了一种永磁风力发电机组的有功功率存储极限量化系统，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述方法的步骤。本专利技术的系统与上述方法相对应，同样具有如上所述方法的优点。
[0024]为了更本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁风力发电机组的有功功率存储极限量化方法，其特征在于，包括步骤：1）获取永磁风力发电机组中发电机运行时的端电压表达式；所述端电压表达式包括发电机定子、轴电流以及发电机转子转速；2）将端电压表达式带入发电机控制中直流母线电压和端电压之间的约束关系，得到包含直流母线电压、发电机定子轴和轴电流、发电机转子转速在内的表达式；3）通过忽略电流微分与轴电流，将步骤2）所得到的表达式进行简化并求解，得到当发电机端电压为当前直流母线电压允许最大值下，不同发电机转子转速对应的定子轴电流；4）根据步骤3）所得到的不同发电机转子转速对应的定子轴电流，通过发电机功率计算公式计算得到不同发电机转子转速下对应的永磁风力发电机组的输出功率，构成风力发电机组有功功率存储边界。2.根据权利要求1所述的永磁风力发电机组的有功功率存储极限量化方法，其特征在于，在步骤1）中，通过发电机电压
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电流状态方程获取发电机运行时的端电压表达式。3. 根据权利要求1或2所述的永磁风力发电机组的有功功率存储极限量化方法，其特征在于，所述端电压表达式为：（1）其中，为端电压，为绕组电感，为绕组电阻，为发电机极对数；为发电机永磁体磁链；,分别为发电机定子轴和轴电流、为发电机转子转...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晟，黄国航，魏娟，黄晓辉，吕铭晟，黄凌翔，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：