一種直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組的建模與仿真方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地說(shuō)，涉及一種直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組的建 模與仿真方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組是基于永磁同步發(fā)電機(jī)且由風(fēng)力直接驅(qū)動(dòng)進(jìn)行發(fā)電的變頻恒 速風(fēng)電機(jī)組，該直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組采用葉輪與發(fā)電機(jī)直接相連進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的方式，能夠保證 發(fā)電機(jī)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0003] 完整的直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組模型包括多個(gè)結(jié)構(gòu)的相關(guān)模型，基于大量特征量進(jìn)行計(jì) 算，從而過(guò)多增加了模型中方程的階數(shù)，甚至達(dá)到十幾階，甚至幾十階，導(dǎo)致在研究直驅(qū)永 磁風(fēng)電機(jī)組時(shí)，計(jì)算量大、仿真速度慢和運(yùn)行不穩(wěn)定。為了克服上述問(wèn)題，相關(guān)技術(shù)中，在研 究直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組模型時(shí)，一般基于特征值分析法分析直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組的相關(guān)模態(tài)， 即通過(guò)計(jì)算特征根、特征向量和特征值的靈敏度，確定主導(dǎo)模態(tài)，保留與主導(dǎo)模態(tài)相關(guān)的狀 態(tài)變量，消去其它狀態(tài)變量，從而降低模型的階數(shù)，然而上述簡(jiǎn)化的直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組模型 過(guò)于簡(jiǎn)化，只是反映直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組的部分結(jié)構(gòu)在特定情況下的運(yùn)行狀況，在計(jì)算風(fēng)電 機(jī)組模態(tài)時(shí)，并不能充分反映直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組中主要結(jié)構(gòu)的運(yùn)行特性。
[0004] 綜上所述，如何降低計(jì)算量，提高仿真速度，并充分反映直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組的主要 運(yùn)行特性成為目前本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組的建模與仿真的技術(shù)方案，以解決背 景技術(shù)中所介紹的現(xiàn)有技術(shù)中的直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組模型的計(jì)算量大，仿真速度慢且不能準(zhǔn) 確反映風(fēng)電機(jī)組的主要運(yùn)行特性的問(wèn)題。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出了 一種直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組的建模與仿真方法，該直 驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組的建模與仿真方法包括：
[0008] 構(gòu)建直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)電機(jī)組模型；
[0009] 根據(jù)所述風(fēng)電機(jī)組模型對(duì)并入電網(wǎng)的直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行仿真；其中，所述構(gòu) 建直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)電機(jī)組模型的方法包括：
[0010]構(gòu)建直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)力機(jī)模型；
[0011] 構(gòu)建所述直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組的三階雙質(zhì)塊軸系模型；
[0012] 構(gòu)建所述直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組的二階槳距角控制模型；
[0013] 根據(jù)所述直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與發(fā)電機(jī)電流關(guān)系，模擬發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控 制，構(gòu)建所述直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)、機(jī)側(cè)變流器及控制所述發(fā)電機(jī)和機(jī)側(cè)變流器的 控制系統(tǒng)的第一一階控制模型；
[0014] 構(gòu)建所述直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組的一階直流電容模型；
[0015] 根據(jù)變流器直流電容電壓與風(fēng)電機(jī)組有功電流的關(guān)系，構(gòu)建所述直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī) 組的網(wǎng)側(cè)變流器及所述網(wǎng)側(cè)變流器的控制系統(tǒng)的第二一階控制模型。
[0016] 優(yōu)選地，所述構(gòu)建直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)電機(jī)組模型的方法，具體還包括：
[0017] 根據(jù)風(fēng)速、槳距角、風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速和風(fēng)力機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，模擬直驅(qū)永磁風(fēng)電 機(jī)組的風(fēng)力機(jī)吸收風(fēng)功率過(guò)程，構(gòu)建所述風(fēng)力機(jī)模型，根據(jù)所述風(fēng)力機(jī)模型，計(jì)算風(fēng)力機(jī)機(jī) 械轉(zhuǎn)矩；
[0018] 根據(jù)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、所述風(fēng)力機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩以及發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩之間的 關(guān)系，模擬所述直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)力機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩和發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的能量傳遞關(guān)系， 構(gòu)建所述三階雙質(zhì)塊軸系模型，根據(jù)所述三階雙質(zhì)塊軸系模型，計(jì)算風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī) 轉(zhuǎn)速；
[0019] 根據(jù)所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與槳距角的關(guān)系，模擬直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組的槳距角控制和伺 服環(huán)節(jié)，構(gòu)建所述二階槳距角控制模型，根據(jù)所述二階槳距角控制模型計(jì)算槳距角；
[0020] 根據(jù)所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與發(fā)電機(jī)電流的關(guān)系，模擬發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制，構(gòu)建所述發(fā)電 機(jī)、機(jī)側(cè)變流器及控制所述發(fā)電機(jī)和機(jī)側(cè)變流器的控制系統(tǒng)的第一一階控制模型，根據(jù)所 述第一一階控制模型，計(jì)算發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)側(cè)變流器功率；
[0021 ]根據(jù)變流器直流電容電壓、所述網(wǎng)側(cè)變流器功率和所述機(jī)側(cè)變流器功率的關(guān)系， 構(gòu)建所述一階直流電容模型，根據(jù)所述一階直流電容模型，計(jì)算變流器直流電容電壓；
[0022] 根據(jù)所述變流器直流電容電壓與風(fēng)電機(jī)組有功電流的關(guān)系，模擬直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī) 組的直流電容電壓控制，構(gòu)建所述網(wǎng)側(cè)變流器及所述網(wǎng)側(cè)變流器的控制系統(tǒng)的第二一階控 制模型，根據(jù)所述第二一階控制模型計(jì)算網(wǎng)側(cè)變流器功率，其中，所述網(wǎng)側(cè)變流器功率即為 風(fēng)電機(jī)組功率。
[0023] 優(yōu)選地，所述根據(jù)直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與發(fā)電機(jī)電流關(guān)系，模擬發(fā)電 機(jī)轉(zhuǎn)速控制，構(gòu)建所述直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)、機(jī)側(cè)變流器及控制所述發(fā)電機(jī)和機(jī)側(cè) 變流器的控制系統(tǒng)的第一一階控制模型的方法具體包括：
[0024]
[0025] iqs = kpM( 〇 ref_ 〇 g)+ki〇jXl
[0026] 其中，^為第一中間狀態(tài)變量，Core3f為發(fā)電機(jī)參考轉(zhuǎn)速，〇^為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，iqs為發(fā) 電機(jī)定子q軸電流，為PI控制器的比例系數(shù)，kw為PI控制器的積分系數(shù)。
[0027] 優(yōu)選地，所述根據(jù)變流器直流電容電壓與風(fēng)電機(jī)組有功電流的關(guān)系，構(gòu)建所述直 驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組的網(wǎng)側(cè)變流器及所述網(wǎng)側(cè)變流器的控制系統(tǒng)的第二一階控制模型的方法 具體包括：
[0028]
[0029 ] Idg - kpudc ( Udc-ref _Udc ) +kiudcX2
[0030] 其中，X2為第二中間狀態(tài)變量，Udmf為變流器直流電容電壓參考值、Udc為變流器 直流電容電壓實(shí)際值，id g為風(fēng)電機(jī)組注入電網(wǎng)有功電流，kpudc為PI控制器的比例系數(shù)，kludc 為PI控制器的積分系數(shù)。
[0031] 優(yōu)選地，所述根據(jù)所述風(fēng)電機(jī)組模型對(duì)并入電網(wǎng)的直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行仿真的 方法具體包括：
[0032] 將構(gòu)建的所述直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組模型接入電網(wǎng)開(kāi)始仿真，待所述直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī) 組與所述電網(wǎng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)，對(duì)風(fēng)電機(jī)組施加擾動(dòng)；
[0033] 計(jì)算直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組輸出的風(fēng)電機(jī)組輸出有功功率，根據(jù)所述風(fēng)電機(jī)組輸出有 功功率輸入電網(wǎng)后引起的電網(wǎng)響應(yīng)，分析風(fēng)電并網(wǎng)后對(duì)電網(wǎng)的影響。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面還提出了 一種直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組的建模與仿真裝置，該直 驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組的建模與仿真裝置包括：
[0035] 模型構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)電機(jī)組模型；
[0036] 仿真模塊，用于根據(jù)所述風(fēng)電機(jī)組模型對(duì)并入電網(wǎng)的直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行仿 真;其中，所述模型構(gòu)建模塊包括：
[0037]風(fēng)力機(jī)模型構(gòu)建子模塊，用于構(gòu)建直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)力機(jī)模型；
[0038]三階雙質(zhì)塊軸系模型構(gòu)建子模塊，用于構(gòu)建所述直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組的三階雙質(zhì)塊 軸系模型；
[0039]二階槳距角控制模型構(gòu)建子模塊，用于構(gòu)建所述直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組的二階槳距角 控制模型；
[0040]第一一階控制模型構(gòu)建子模塊，用于根據(jù)所述直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與 發(fā)電機(jī)電流關(guān)系，模擬發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制，構(gòu)建所述直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)、機(jī)側(cè)變流器 及控制所述發(fā)電機(jī)和機(jī)側(cè)變流器的控制系統(tǒng)的第一一階控制模型；
[0041 ] -階直流電容模型構(gòu)建子模塊，用于構(gòu)建所述直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組的一階直流電容 豐旲型；
[0042]第二一階控制模型構(gòu)建子模塊，用于根據(jù)變流器直流電容電壓與風(fēng)電機(jī)組有功電 流的關(guān)系，構(gòu)建所述直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組的網(wǎng)側(cè)變流器及所述網(wǎng)側(cè)變流器的控制系統(tǒng)的第二 一階控制模型。
[0043]優(yōu)選地，所述風(fēng)力機(jī)模型構(gòu)建子模塊，具體用于根據(jù)風(fēng)速、槳距角、風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速和 風(fēng)力機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，模擬直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)力機(jī)吸收風(fēng)功率過(guò)程，構(gòu)建所述 風(fēng)力機(jī)模型，根據(jù)所述風(fēng)力機(jī)模型計(jì)算風(fēng)力機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩；
[0044]所述三階雙質(zhì)塊軸系模型構(gòu)建子模塊，具體用于根據(jù)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、所 述風(fēng)力機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩以及發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，模擬所述直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)力機(jī) 機(jī)械轉(zhuǎn)矩和發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的能量傳遞關(guān)系，構(gòu)建所述三階雙質(zhì)塊軸系模型，根據(jù)所述三 階雙質(zhì)塊軸系模型，計(jì)算風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速；
[0045]所述二階槳距角控制模型構(gòu)建子模塊，具體用于根據(jù)所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與槳距角的 關(guān)系，模擬直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組的槳距角控制和伺服環(huán)節(jié)，構(gòu)建所述二階槳距角控制模型，根 據(jù)所述二階槳距角控制模型計(jì)算槳距角；
[0046 ]所述第 階控制模型構(gòu)建子模塊，具體用于根據(jù)所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與發(fā)電機(jī)電流 的關(guān)系，模擬發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制，構(gòu)建所述發(fā)電機(jī)、機(jī)側(cè)變流器及控制所述發(fā)電機(jī)和機(jī)側(cè)變流 器的控制系統(tǒng)的第一一階控制模型，根據(jù)所述第一一階控制模型計(jì)算發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī) 側(cè)變流器功率；
[0047]所述一階直流電容模型構(gòu)建子模塊，具體用于根據(jù)變流器直流電容電壓、所述網(wǎng) 側(cè)變流器功率和所述機(jī)側(cè)變流器功率的關(guān)系，構(gòu)建所述一階直流電容模型，根據(jù)所述一階 直流電容模型，計(jì)算變流器直流電容電壓；
[0048] 所述第二一階控制模型構(gòu)建子模塊，具體用于根據(jù)所述變流器直流電容電壓與風(fēng) 電機(jī)組有功電流的關(guān)系，模擬直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組的直流電容電壓控制，構(gòu)建所述網(wǎng)側(cè)變流 器及所述網(wǎng)側(cè)變流器的控制系統(tǒng)的第二一階