一种极端海况下风力发电仿真方法、系统及电子设备技术方案

本发明专利技术提供了一种极端海况下风力发电仿真方法、系统及电子设备，属于风电仿真领域，方法包括：获取风力发电机处的环境信息；将环境信息分解为空间直角坐标系xyz轴上两两正交的风浪工况的加权叠加，得到分解后的工况数据；空间直角坐标系的原点为风力发电机的机舱中心，x轴平行于风力发电机传动链轴线，y轴平行于地平线，z轴垂直于xoy平面；将分解后的工况数据分别作用于预先建立的风机模型，并计算风力发电机的姿态信息及修正风速；根据修正风速，基于预先建立的风机传动链模型及永磁同步发电机模型，确定风力发电机的运行状态，以模拟风浪对于风力发电机发电功率的影响。本发明专利技术提高了风力发电机实际运行仿真的精确性。提高了风力发电机实际运行仿真的精确性。提高了风力发电机实际运行仿真的精确性。

【技术实现步骤摘要】
一种极端海况下风力发电仿真方法、系统及电子设备


[0001]本专利技术涉及风电仿真领域，特别是涉及一种极端海况下风力发电仿真方法、系统及电子设备。

技术介绍

[0002]海上风力发电机组的结构和陆上风力发电机组相似，是一种将空气动能转化为电能的复杂机械设备，由机械、液压、电气和控制等子系统构成。海上风电具有风力资源稳定、风能强劲的优势，但同时需要克服强风载荷、波浪冲击等特殊运行环境的影响，因此对海上风力发电机组仿真更需要考虑运行环境对风机运行的影响，提高仿真的真实性，为海上风力发电机组的安全性、稳定性提供保障。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种极端海况下风力发电仿真方法、系统及电子设备，可提高风力发电机实际运行仿真的精确性。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0005]一种极端海况下风力发电仿真方法，包括：
[0006]获取风力发电机处的环境信息；所述环境信息包括：风速、风向、浪高及海浪频率；
[0007]将所述环境信息分解为空间直角坐标系xyz轴上两两正交的风浪工况的加权叠加，得到分解后的工况数据；所述空间直角坐标系的原点为风力发电机的机舱中心，x轴平行于风力发电机传动链轴线，y轴平行于地平线，z轴垂直于xoy平面；
[0008]将分解后的工况数据分别作用于预先建立的风机模型，并计算风力发电机的姿态信息及修正风速；
[0009]根据所述修正风速，基于预先建立的风机传动链模型及永磁同步发电机模型，确定风力发电机的运行状态，以模拟风浪对于风力发电机发电功率的影响。
[0010]可选地，将分解后的工况数据分别作用于预先建立的风机模型，并计算风力发电机的姿态信息及修正风速，具体包括：
[0011]将分解后的工况数据分别作用于预先建立的风机模型，确定机舱的受力大小及塔筒的受力大小；
[0012]根据所述机舱的受力大小及所述塔筒的受力大小，采用动力学方程，计算风力发电机的姿态信息；
[0013]根据所述风力发电机的姿态信息，计算空间直角坐标系中风力发电机的位移速度；
[0014]根据所述风力发电机的位移速度确定修正风速。
[0015]可选地，采用以下公式计算机舱的受力大小：
[0016]F
c
＝ρ(cosθv
H
)2SC1；
[0017]其中，F
c
为机舱的受力大小，ρ为空气密度，θ为塔筒在xoz平面的投影与z轴的夹
角，v
H
为机舱处的风速，S为机舱的正向迎风面积，C1为第一修正系数。
[0018]可选地，采用以下公式计算塔筒高度h处的受力大小：
[0019]F
t
(h)＝0.5h2ρ(cosθv
h
)2d
h
dH；
[0020]其中，F
t
(h)为塔筒高度h处的受力大小，C2为第二修正系数，ρ为空气密度，θ为塔筒在xoz平面的投影与z轴的夹角，v
h
为塔筒高度h处的风速，d
h
为塔筒高度h处的直径，dH为高度的微分项。
[0021]可选地，根据所述机舱的受力大小及所述塔筒的受力大小，采用动力学方程，计算风力发电机的姿态信息，具体包括：
[0022]根据所述机舱的受力大小及所述塔筒的受力大小，采用动力学方程，计算风力发电机的转矩；
[0023]根据所述风力发电机的转矩计算风力发电机的姿态信息。
[0024]可选地，采用以下公式计算风力发电机的转矩：
[0025][0026]其中，T为风力发电机的转矩，H为塔筒高度，F
t
(h)为塔筒高度h处的受力大小，F
c
为机舱的受力大小，θ为塔筒在xoz平面的投影与z轴的夹角，m
h
为塔筒高度h处的质量微分，g为重力加速度，m
t
为机舱的总质量。
[0027]可选地，所述风力发电机的姿态信息包括：风力发电机在xoz平面摇摆的加速度及角速度；
[0028]采用以下公式计算风力发电机的姿态信息：
[0029][0030]其中，J为风力发电机以塔筒底端旋转的转动惯量，a为风力发电机在xoz平面摇摆的加速度，T为风力发电机的转矩，T
′
为风力发电机受到海水和固定平台提供的转矩，ω为风力发电机在xoz平面摇摆的角速度，θ为塔筒在xoz平面投影与z轴的夹角。
[0031]可选地，采用以下公式计算修正风速：
[0032]v
′
＝|v
H
‑
v
t
|；
[0033]其中，v
′
为修正风速，v
H
为机舱处的风速，v
t
为风力发电机的位移速度。
[0034]为实现上述目的，本专利技术还提供了如下方案：
[0035]一种极端海况下风力发电仿真系统，包括：
[0036]信息获取单元，用于获取风力发电机处的环境信息；所述环境信息包括：风速、风向、浪高及海浪频率；
[0037]工况分解单元，与所述信息获取单元连接，用于将所述环境信息分解为空间直角坐标系xyz轴上两两正交的风浪工况的加权叠加，得到分解后的工况数据；所述空间直角坐标系的原点为风力发电机的机舱中心，x轴平行于风力发电机传动链轴线，y轴平行于地平线，z轴垂直于xoy平面；
[0038]姿态风速计算单元，与所述工况分解单元连接，用于将分解后的工况数据分别作
用于预先建立的风机模型，并计算风力发电机的姿态信息及修正风速；
[0039]运行状态确定单元，与所述姿态风速计算单元连接，用于根据所述修正风速，基于预先建立的风机传动链模型及永磁同步发电机模型，确定风力发电机的运行状态，以模拟风浪对于风力发电机发电功率的影响。
[0040]为实现上述目的，本专利技术还提供了如下方案：
[0041]一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行上述的极端海况下风力发电仿真方法。
[0042]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0043]本专利技术将复杂的环境信息分解为空间直角坐标系xyz轴上两两正交的风浪工况的加权叠加，之后将分解后的工况数据作用于风机模型解算风力发电机的姿态信息，并对风速进行修正，完成对风机发电功率的计算，实现了环境因素和风机发电功率的耦合，提高了对风力发电机实际运行仿真的精确性。
附图说明
[0044]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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种极端海况下风力发电仿真方法，其特征在于，所述极端海况下风力发电仿真方法包括：获取风力发电机处的环境信息；所述环境信息包括：风速、风向、浪高及海浪频率；将所述环境信息分解为空间直角坐标系xyz轴上两两正交的风浪工况的加权叠加，得到分解后的工况数据；所述空间直角坐标系的原点为风力发电机的机舱中心，x轴平行于风力发电机传动链轴线，y轴平行于地平线，z轴垂直于xoy平面；将分解后的工况数据分别作用于预先建立的风机模型，并计算风力发电机的姿态信息及修正风速；根据所述修正风速，基于预先建立的风机传动链模型及永磁同步发电机模型，确定风力发电机的运行状态，以模拟风浪对于风力发电机发电功率的影响。2.根据权利要求1所述的极端海况下风力发电仿真方法，其特征在于，将分解后的工况数据分别作用于预先建立的风机模型，并计算风力发电机的姿态信息及修正风速，具体包括：将分解后的工况数据分别作用于预先建立的风机模型，确定机舱的受力大小及塔筒的受力大小；根据所述机舱的受力大小及所述塔筒的受力大小，采用动力学方程，计算风力发电机的姿态信息；根据所述风力发电机的姿态信息，计算空间直角坐标系中风力发电机的位移速度；根据所述风力发电机的位移速度确定修正风速。3.根据权利要求2所述的极端海况下风力发电仿真方法，其特征在于，采用以下公式计算机舱的受力大小：F
c
＝ρ(cosθv
H
)2SC1；其中，F
c
为机舱的受力大小，ρ为空气密度，θ为塔筒在xoz平面的投影与z轴的夹角，v
H
为机舱处的风速，S为机舱的正向迎风面积，C1为第一修正系数。4.根据权利要求2所述的极端海况下风力发电仿真方法，其特征在于，采用以下公式计算塔筒高度h处的受力大小：F
t
(h)＝0.5C2ρ(cosθv
h
)2d
h
dH；其中，F
t
(h)为塔筒高度h处的受力大小，C2为第二修正系数，ρ为空气密度，θ为塔筒在xoz平面的投影与z轴的夹角，v
h
为塔筒高度h处的风速，d
h
为塔筒高度h处的直径，dH为高度的微分项。5.根据权利要求2所述的极端海况下风力发电仿真方法，其特征在于，根据所述机舱的受力大小及所述塔筒的受力大小，采用动力学方程，计算风力发电机的姿态信息，具体包括：根据所述机舱的受力大小及所述塔筒的受力大小，采用动力学方程，计算风力发电机的转矩；根据所述风力发电机的转矩...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖峰，刘臻逸，刘智杰，冯谦，岳丹丹，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：