一种风电场数字孪生系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术属于风力发电技术领域，具体涉及一种风电场数字孪生系统及其控制方法，包括：风电场建模模块，其被配置为获取风电场全生命周期动态特性；实时仿真模块，其被配置为基于所获取的风电场全生命周期动态特性进行风电场建模模块的实时仿真，得到风电场仿真虚拟数据；虚实交互模块，其被配置为根据所得到的风电仿真虚拟数据和风电场全生命周期动态特性，进行风电场运行的虚实交互，实现风电场的势态感知。感知。感知。

【技术实现步骤摘要】
一种风电场数字孪生系统及其控制方法


[0001]本专利技术属于风力发电
，具体涉及一种风电场数字孪生系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]风力发电是当今发展最快、应用规模最大的新能源发电方式之一。风电场规模日益增大带来了许多亟待研究的问题。风电高渗透率导致电网惯量降低、强度变弱、电力电子设备交互诱发宽频振荡风险加大，风电并网稳定性问题愈发严重；对风电场运营商来说，针对大规模风电场，亟需提升运维管理能力和预警分析水平，保证其安全稳定运行；对风电设备制造商来说，大容量机组需要进行精确的模拟和测试，减少设计冗余，提高机组经济性能。
[0004]据专利技术人了解，风电场数字孪生系统整体架构和技术的相关研究较少；有相关研究公开了关于风电机组特定元件的数字孪生技术，但其所采用的机理模型不够精确，对数字孪生精度产生了较大的影响。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种风电场数字孪生系统及其控制方法，通过风电场建模模块、实时仿真模块和虚实交互模块实现对风电数字孪生系统的改进，实现对风电机组运行状态的全程实时监控，降低风电机组的故障率和运维成本。
[0006]根据一些实施例，本专利技术的第一方案提供了一种风电场数字孪生系统，采用如下技术方案：
[0007]一种风电场数字孪生系统，包括：
[0008]风电场建模模块，其被配置为用于获取风电场全生命周期动态特性；
[0009]实时仿真模块，其被配置为基于所获取的风电场全生命周期动态特性进行风电场建模模块的实时仿真，得到风电场仿真虚拟数据；
[0010]虚实交互模块，其被配置为根据所得到的风电仿真虚拟数据和风电场全生命周期动态特性，进行风电场运行的虚实交互，实现风电场的势态感知。
[0011]作为进一步的技术限定，所述风电场建模模块包括风电场三维流体子模型、尾流动态子模型、气动动态子模型、机械动态子模型和电磁暂态子模型。
[0012]进一步的，所述风电场三维流体子模型通过计算流体力学进行建模，将三维立体空间划分为多个网格，通过求解每个网格点在空间坐标系中三个方向上的风速值完成三维流体子模型的构建。
[0013]进一步的，所述尾流动态子模型考虑场内尾流蜿蜒、延迟特性，用于求解风电场内不同机组下游尾流重叠区域的风速。
[0014]进一步的，所述电磁暂态子模型包括单机电磁系统暂态子模型和风电场集电系统电磁暂态子模型。
[0015]作为进一步的技术限定，所述全生命周期特性覆盖关键元件包括叶片、塔架、传动链、发电机、变换器、滤波器、变压器和传输线；基于各元件和设备的历史运行数据，采用长短期记忆神经网络进行建模。
[0016]作为进一步的技术限定，基于风电场仿真虚拟数据和现场实测数据，得到风电场运行数据，根据所得到的风电场运行数据预测当前风电场内元件和设备是否存在变化。
[0017]作为进一步的技术限定，根据所实测的风电场运行数据和所得到的风电仿真虚拟数据，对风电场建模模块进行参数的动态更新，即更新风电场建模模块中的所有参数的值。
[0018]作为进一步的技术限定，所述风电场全生命周期动态特性包括风电场流体动态、尾流动态、叶片气动特征、整机机械振动特征、电气暂态特征，以及设备随时间演化的生命周期特性。
[0019]根据一些实施例，本专利技术的第二方案提供了一种风电场数字孪生系统的控制方法，采用如下技术方案：
[0020]一种风电场数字孪生系统的控制方法，包括：
[0021]获取风电场全生命周期动态特性；
[0022]基于所获取的风电场全生命周期动态特性进行风电场建模模块的实时仿真，得到风电场仿真虚拟数据；
[0023]根据所得到的风电仿真虚拟数据和风电场全生命周期动态特性，进行风电场运行的虚实交互，实现风电场的势态感知。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0025]本专利技术能够辅助老旧风电场方便地进行数字化、智能化改造，从而降低机组故障率，并提高机组寿命，降低机组报废率；通过本专利技术中的虚拟孪生体与实际海上风电场实时交互，感知场内元件和设备的健康状态等，降低机组疲劳度，从而降低故障率，延长机组寿命；
[0026]结合实时仿真模块实现风电机组控制逻辑的在环仿真，增强风电机组的稳定性；在风电场并网前接入功率型硬件在环仿真，降低并网测试成本，提高并网测试安全性，更加精确的分析电网中低频振荡的来源并复现电网故障时的风电场响应。
附图说明
[0027]构成本实施例的一部分的说明书附图用来提供对本实施例的进一步理解，本实施例的示意性实施例及其说明用于解释本实施例，并不构成对本实施例的不当限定。
[0028]图1为本专利技术实施例一中的风电场数字孪生系统的结构示意图。
具体实施方式
[0029]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。
[0030]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0031]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0032]在本专利技术中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本专利技术各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本专利技术中任一部件或元件，不能理解为对本专利技术的限制。
[0033]在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0034]实施例一
[0035]本专利技术实施例一介绍了一种风电场数字孪生系统。
[0036]一种风电场数字孪生系统，包括：
[0037]风电场建模模块，其被配置为用于获取风电场全生命周期动态特性；
[0038]实时仿真模块，其被配置为基于所获取的风电场全生命周期动态特性进行风电场建模模块的实时仿真，得到风电场仿真虚拟数据；
[0039]虚实交互模块，其被配置为根据所得到的风电仿真虚拟数据和风电场全生命周期动态特性，进行风电场运行的虚实交互，实现风电场的势态感知。
[0040]如图1所示的风电场数字孪生系统包含三个层次：风电场高精度建模、实时仿真平台和“虚实”交互策略；建立涵盖流体、气动、机械和电磁等各部分动态的风电场高精度模型，以满足数字孪生对于孪生精度的基本要求；针对高精度模型，搭建相应的实时仿真平台，保证高精度模型计算实时性，进而保证虚拟模型的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风电场数字孪生系统，其特征在于，包括：风电场建模模块，其被配置为用于获取风电场全生命周期动态特性；实时仿真模块，其被配置为基于所获取的风电场全生命周期动态特性进行风电场建模模块的实时仿真，得到风电场仿真虚拟数据；虚实交互模块，其被配置为根据所得到的风电仿真虚拟数据和风电场全生命周期动态特性，进行风电场运行的虚实交互，实现风电场的势态感知。2.如权利要求1中所述的一种风电场数字孪生系统，其特征在于，所述风电场建模模块包括风电场三维流体子模型、尾流动态子模型、气动动态子模型、机械动态子模型和电磁暂态子模型。3.如权利要求2中所述的一种风电场数字孪生系统，其特征在于，所述风电场三维流体子模型通过计算流体力学进行建模，将三维立体空间划分为多个网格，通过求解每个网格点在空间坐标系中三个方向上的风速值完成三维流体子模型的构建。4.如权利要求2中所述的一种风电场数字孪生系统，其特征在于，所述尾流动态子模型考虑场内尾流蜿蜒、延迟特性，用于求解风电场内不同机组下游尾流重叠区域的风速。5.如权利要求2中所述的一种风电场数字孪生系统，其特征在于，所述电磁暂态子模型包括单机电磁系统暂态子模型和风电场集电系统电磁暂态子模型。6.如权利要求1中所述的一种风...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵浩然，李冰，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：