【技术实现步骤摘要】
本申请涉及风力发电，尤其涉及一种风力发电机一次调频模拟方法及装置。
技术介绍
1、对变速的风电机组而言，目前对风机进行一次调频响应的建模方法包括两类：基于输入-输出数据驱动的“黑箱模型”和基于机理分析的“白箱建模”。其中，黑箱模型依靠指定的输入输出特征，需要大量的输入输出数据，可通过机器学习算法便能实现对机组结构动态特性的高精度表征。但该方法的参数物理意义解释性较差，对输入数据精度和数量有较强的依赖性。白箱模型中gh bladed和fast等风机的代表性仿真软件中虽然含有高阶非线性动态的高保真模型，但其模型过于复杂不适应于控制器的设计，而大多基于小信号推导的风机一次调频响应的白箱机理模型对调频指令的输入信号具有严格要求，而且不适用于实际复杂工况时机理参数发生变化的情况。
技术实现思路
1、有鉴于此，本申请的目的在于至少提供一种风力发电机一次调频模拟方法及装置，通过将风力发电机的一次调频时的功率变化量转换成与预设状态参数相关在不同风速区间下分别对应的状态空间表达式，以此将功率变化量转变成与预设状态参数相关的线性表达，从而在接收到发电机的输出功率的参考输出功率变化量时，依据当前风速所属的风速区间对应的状态空间表达式，计算出个预设状态参数，从而风力发电机按照计算出的预设状态参数模拟运行，以模拟风力发电机一次调频，以此解决现有技术中需要大量的数据进行一次调频模拟以及构建的模型过于复杂的技术问题，达到了提高对风力发电机进行一次调频模拟效率的技术效果。
2、本申请主要包括以下几个方
3、第一方面，本申请实施例提供一种风力发电机一次调频模拟方法，所述方法包括：获取控制风力发电机执行一次调频的参考输出功率变化量；依据风力发电机的电磁转矩与电磁转矩变量在预设风速区间对应的关系式，结合风力发电机的双质块模型与变桨距模型，构建所述预设风速区间对应的预设状态空间表达式，所述预设状态空间表达式用于表征在预设风速区间下风力发电机的预设状态变量与所述参考输出功率变化量之间的关系；依据当前风速所属的目标风速区间，确定所述目标风速区间对应的目标状态空间表达式；将所述参考输出功率变化量代入所述目标状态空间表达式，计算出一次调频的预设状态变量，以对风力发电机进行一次调频模拟。
4、可选地，所述预设风速区间包括第一预设区间和第二预设区间，所述第一预设区间的上限值等于所述第二预设区间的下限值，所述预设状态空间表达式包括所述第一预设区间对应的第一状态空间表达式和所述第二预设区间对应的第二状态空间表达式，所述目标风速区间为所述第一预设区间与所述第二预设区间中的一个，所述目标状态空间表达式为第一状态空间表达式和第二状态空间表达式中的一个，其中，所述预设风速区间为所述第一预设区间时，所述第一状态空间表达式用于表征在仅改变风力发电机的电磁转矩时风力发电机的预设状态变量与所述参考输出功率变化量之间的关系；所述预设风速区间为所述第二预设区间时，所述第二状态空间表达式用于表征在仅改变风力发电机的桨距角时风力发电机的预设状态变量与所述参考输出功率变化量之间的关系。
5、可选地，通过以下方式构建所述预设风速区间对应的预设状态空间表达式：依据风机叶片气动转矩公式，构建气动转矩与多个预设参数相关的线性公式，每个预设参数为所述风机叶片气动转矩公式中的参数且在发电过程中产生变化的参数；依据风力发电机的电磁转矩与参考电磁转矩之间的关系式，结合所述线性公式、风力发电机的双质块模型与变桨距模型，构建风力发电机的标准状态空间表达式，所述标准状态空间表达式用于表征风力发电机的预设状态参数与所述多个预设参数分别对应的变化量之间的关系式以及风力发电机的输出功率与初始输出功率之间的关系式，所述预设状态参数为在发电过程中产生变化的参数；其中，在仅改变风力发电机的电磁转矩时，所述第一状态空间表达式通过所述电磁转矩与所述参考输出功率变化量相关的关系式、所述标准状态空间表达式和在桨距角参考值为零时的所述变桨距模型中的桨距角一阶惯性环节表达式进行构建；在仅改变风力发电机的桨距角时，所述第二状态空间表达式通过桨距角导数与所述参考输出功率变化量相关的关系式、所述标准状态空间表达式、输出功率与初始输出功率相关的关系式和在电磁转矩变量为零时的电磁转矩与参考电磁转矩之间的关系表达式进行构建。
6、可选地，通过以下公式构建气动转矩与多个预设参数相关的线性公式：
7、
8、
9、
10、tr＝a×ωr+b×β+c×v+d
11、其中，pr为风力发电机的风机气动功率，ρ为空气密度，r为风力发电机的风机转子半径，v为风速，cp(λ,β)为风能利用系数，λ是风机转子的叶尖速比，β是桨距角，ωr为风机转子转速，tr为风力发电机的气动转矩，ωr、β和v均为预设参数，a为ωr对应的系数，b为β对应的系数，c为v对应的系数，d为所述线性公式的常数项。
12、可选地，所述风力发电机的电磁转矩与参考电磁转矩之间的关系式为：
13、
14、其中，tg为发电机转子的电磁转矩；为发电机转子的电磁转矩的导数；τg为发电机常数；tref为风力发电机的参考电磁转矩；
15、通过以下公式表示所述双质块模型：
16、
17、其中，jr为风力发电机的风机转子的转动惯量；jg为风力发电机的发电机转子的转动惯量；tshaft为风机转子与发电机转子之间的等效中间轴转矩；tr为风力发电机的气动转矩；tg为发电机转子的电磁转矩；θr为风机转子的角位移；θg是发电机转子的角位移；θ为风机转子和发电机转子之间的角位移差；ωr为风机转子的角速度；是风机转子的角速度的导数；ωg是发电机转子的角速度；是发电机转子的角速度的导数；ng为齿轮箱变速比；a为等效中间轴的刚度系数；b为等效中间轴的阻尼系数；
18、通过以下公式表示所述变桨距模型：
19、
20、
21、
22、ωref＝kw×(pg,0+δpref)
23、
24、其中，为变桨距模型的一阶桨距角导数，所述变桨距模型是含有限幅和限速的一阶惯性环节；τβ为一阶惯性环节的时间常数；βref为桨距角参考值；β为桨距角；kp为所述一阶惯性环节的比例系数；ωr为风机转子的角速度；ωref为风机转子的参考角速度；ki为所述一阶惯性环节的积分系数；为φ的导数，是风机转子的角速度与风机转子的参考角速度之差；kw为风机转子的角速度与输出功率之间的比例系数；pg,0为风力发电机的发电机转子的初始输出功率；δpref为发电机转子的参考输出功率变化量；
25、所述风力发电机的标准状态空间表达式为：
26、
27、δpg＝pg-pg.0
28、其中，a为风机转子的角速度对应的系数，b为桨距角对应的系数，c为风速对应的系数，d为所述线性公式的常数项；pg为风力发电机的发电机转子的输出功率；δpg为风力发电机的发电机转子的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种风力发电机一次调频模拟方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设风速区间包括第一预设区间和第二预设区间，所述第一预设区间的上限值等于所述第二预设区间的下限值，所述预设状态空间表达式包括所述第一预设区间对应的第一状态空间表达式和所述第二预设区间对应的第二状态空间表达式，所述目标风速区间为所述第一预设区间与所述第二预设区间中的一个，所述目标状态空间表达式为第一状态空间表达式和第二状态空间表达式中的一个，
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过以下方式构建所述预设风速区间对应的预设状态空间表达式：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过以下公式构建气动转矩与多个预设参数相关的线性公式：
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述风力发电机的电磁转矩与参考电磁转矩之间的关系式为：
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述电磁转矩与所述参考输出功率变化量相关的关系式为：
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述桨距角导数与所述参考输出功率
8.一种风力发电机一次调频模拟装置，其特征在于，所述装置包括：
9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过所述总线进行通信，所述机器可读指令被所述处理器运行时执行如权利要求1至7任一所述的风力发电机一次调频模拟方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1至7任一所述的风力发电机一次调频模拟方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种风力发电机一次调频模拟方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设风速区间包括第一预设区间和第二预设区间，所述第一预设区间的上限值等于所述第二预设区间的下限值，所述预设状态空间表达式包括所述第一预设区间对应的第一状态空间表达式和所述第二预设区间对应的第二状态空间表达式，所述目标风速区间为所述第一预设区间与所述第二预设区间中的一个，所述目标状态空间表达式为第一状态空间表达式和第二状态空间表达式中的一个，
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过以下方式构建所述预设风速区间对应的预设状态空间表达式：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过以下公式构建气动转矩与多个预设参数相关的线性公式：
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述风力发电机的电磁转矩与参考电磁转矩之...
【专利技术属性】
技术研发人员：牛高远，胡阳，宋子秋，房方，刘吉臻，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：
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