一種風(fēng)電機(jī)組有功功率在線等值模型的制作方法
【專利摘要】一種風(fēng)電機(jī)組有功功率在線等值模型。本發(fā)明公開一種風(fēng)電機(jī)組有功控制在線模型，屬電氣自動(dòng)化【技術(shù)領(lǐng)域】，包括風(fēng)力機(jī)模型，軸系模型，最大功率跟蹤控制模型及自適應(yīng)在線參數(shù)修正模塊，其中，風(fēng)力機(jī)模型利用系數(shù)曲線建模，軸系模型采用單質(zhì)量塊模型，最大功率跟蹤控制模型采用該階段功率與轉(zhuǎn)速三次方曲線建模，自適應(yīng)在線參數(shù)修正模塊利用在線數(shù)據(jù)修正模型誤差。本發(fā)明所提出的模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于各類風(fēng)電機(jī)組機(jī)型，在面向電網(wǎng)有功功率調(diào)度分析時(shí)，相對(duì)普通模型計(jì)算更加迅速、精準(zhǔn)。
【專利說明】-種風(fēng)電機(jī)組有功功率在線等值模型

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電氣自動(dòng)化【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體的說，涉及風(fēng)電機(jī)組有功功率在線等值 模型。

【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)電機(jī)組建模的目的是能夠較為準(zhǔn)確地重現(xiàn)機(jī)組的特性，為研究風(fēng)電注入與電力 系統(tǒng)的相互作用提供有力的理論依據(jù)和技術(shù)支撐。
[0003] 風(fēng)電機(jī)組建模主要分為物理模型和數(shù)學(xué)模型。物理模型是根據(jù)相似性原理，構(gòu)建 原系統(tǒng)的等價(jià)模型，通過實(shí)驗(yàn)來反應(yīng)原物理系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性；數(shù)學(xué)模型是對(duì)原物理模型進(jìn) 行進(jìn)一步抽象，得到描述原物理模型的一組狀態(tài)方程，然后通過數(shù)字計(jì)算機(jī)仿真，來模擬原 系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。構(gòu)建等價(jià)物理模型需要耗費(fèi)大量的資源且價(jià)格昂貴，如果在對(duì)物理系統(tǒng) 不夠了解的情況下，很容易造成系統(tǒng)的損壞，不適合反復(fù)實(shí)驗(yàn)；隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā) 展，計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力大大提高，采用構(gòu)建數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)字仿真的優(yōu)勢(shì)越來越明顯，其主要 優(yōu)勢(shì)是投入成本低，能夠反復(fù)實(shí)驗(yàn)，模擬實(shí)際物理特性的精度主要取決于數(shù)學(xué)模型的詳細(xì) 程度，靈活性大大提高。因此，對(duì)風(fēng)電機(jī)組的建模采用構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，并在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行數(shù) 字仿真。目前大多數(shù)機(jī)組模型如圖1(雙饋機(jī)組）所示。但風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的復(fù)雜程度高，而 電力系統(tǒng)在對(duì)風(fēng)電機(jī)組以及風(fēng)電場(chǎng)做分析的時(shí)候要求其計(jì)算的快速性，因此必須根據(jù)實(shí)際 應(yīng)用對(duì)模型進(jìn)行相應(yīng)的簡(jiǎn)化。此外，現(xiàn)有的模型大多不考慮機(jī)組部件在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中的 損耗及狀態(tài)變化，這樣會(huì)導(dǎo)致模型無法真實(shí)反映實(shí)際機(jī)組的運(yùn)行狀況。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對(duì)上述的現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種風(fēng)電機(jī)組有功功率在線等值模 型。該模型將風(fēng)電機(jī)組有功功率轉(zhuǎn)換過程及其控制單獨(dú)建模，并針對(duì)實(shí)際機(jī)組在運(yùn)行過程 中發(fā)生的風(fēng)輪磨損對(duì)模型進(jìn)行在線參數(shù)修正。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0006] -種風(fēng)電機(jī)組有功功率在線等值模型，包括風(fēng)力機(jī)模型，軸系模型，最大功率跟蹤 控制模型及自適應(yīng)在線參數(shù)修正模塊，其中，風(fēng)力機(jī)模型利用系數(shù)曲線建模，軸系模型采用 單質(zhì)量塊模型，最大功率跟蹤控制模型采用該階段功率與轉(zhuǎn)速三次方曲線建模，自適應(yīng)在 線參數(shù)修正模塊利用在線數(shù)據(jù)修正模型誤差。
[0007] 風(fēng)力機(jī)采用風(fēng)能利用系數(shù)曲線建模，能充分反映機(jī)組輸入特性；單質(zhì)量塊軸系模 型忽略了軸系扭轉(zhuǎn)等動(dòng)態(tài)問題，因?yàn)檫@部分內(nèi)容并非本模型需要著重考慮的，因此，該等值 模型能節(jié)省計(jì)算資源，提高計(jì)算速度；模型自適應(yīng)在線參數(shù)修正模塊能利用在線數(shù)據(jù)修正 模型誤差。
[0008] 考慮了機(jī)組在運(yùn)行過程中葉輪及軸系的磨損，從而導(dǎo)致風(fēng)輪的氣動(dòng)特性變化，在 線對(duì)模型的參數(shù)進(jìn)行修正，其中，自適應(yīng)在線參數(shù)修正模塊通過得到實(shí)際機(jī)組的有功功率， 從而得到實(shí)際風(fēng)力機(jī)在該點(diǎn)的Cp值，通過不斷獲得的在線數(shù)據(jù)，利用最小二乘法獲得修正 模型中風(fēng)力機(jī)的Cp曲線，從而使模型的參數(shù)跟隨實(shí)際機(jī)組變化。
[0009] 本發(fā)明忽略了機(jī)組發(fā)電機(jī)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，保留了機(jī)組完整的氣動(dòng)特性，在能夠滿足 電力系統(tǒng)有功功率調(diào)度要求的前提下對(duì)模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化。同時(shí)，考慮到實(shí)際機(jī)組在長(zhǎng)期的 運(yùn)行過程中葉輪可能發(fā)生磨損，導(dǎo)致風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)特性變化，而現(xiàn)有的機(jī)組模型并不具備 在線修正能力，所提出的模型可在線對(duì)模型中的參數(shù)進(jìn)行修正，使模型始終能夠精確反應(yīng) 實(shí)際機(jī)組的特性。
[0010] 本發(fā)明與現(xiàn)有的風(fēng)電機(jī)組模型的區(qū)別是，本發(fā)明單獨(dú)建立了機(jī)組有功功率模型， 并且考慮了機(jī)組部分參數(shù)在實(shí)際運(yùn)行過程中的變化情況，對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行在線修正，實(shí)現(xiàn) 模型在線跟隨實(shí)際機(jī)組的工作狀況，提高電力系統(tǒng)有功功率調(diào)度的精準(zhǔn)度及計(jì)算速度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)電機(jī)組的模型；
[0012] 圖2是本發(fā)明所提供的風(fēng)電機(jī)組自適應(yīng)在線動(dòng)態(tài)等值模型；
[0013] 圖3是Cp曲線在線修正流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí) 施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0015] 圖1所示為雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的詳細(xì)模型，包括風(fēng)力機(jī)模型、多質(zhì)量塊軸系模型、 發(fā)電機(jī)模型、變流器模型等。這種詳細(xì)模型能反映風(fēng)力機(jī)多種工況下的行為，大多使用在面 向雙饋機(jī)組模型的研究中。但這種模型較為復(fù)雜，在實(shí)際在線應(yīng)用過程中很難快速得到仿 真結(jié)果，也無法反映機(jī)組在使用過程中狀態(tài)的變化。
[0016] 圖2所示為所提出的簡(jiǎn)化雙饋機(jī)組在線有功功率等值模型，該模型只保留了雙饋 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有功功率轉(zhuǎn)換部分，省略了復(fù)雜的發(fā)電機(jī)及變流器結(jié)構(gòu)，并能通過在線修正 描述機(jī)組風(fēng)輪在應(yīng)用過程中的損耗。模型包括：1、風(fēng)力機(jī)模型，2、軸系模型，3、最大功率跟 蹤控制模型及4、自適應(yīng)在線參數(shù)修正模塊，其中，風(fēng)力機(jī)模型利用系數(shù)曲線建模，其中C p代 表風(fēng)能利用系數(shù)，其大小由槳距角β及葉尖速比λ決定；軸系模型采用單質(zhì)量塊模型，其 中ω代表發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，^與!^分別代表風(fēng)力機(jī)提供的機(jī)械轉(zhuǎn)矩與發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩；最大 功率跟蹤控制模型采用該階段功率與轉(zhuǎn)速三次方曲線建模，其中Ρ_代表機(jī)組輸出的最優(yōu) 有功功率，其與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω的三次方成正比，比例系數(shù)為k_，k_由機(jī)組參數(shù)決定。自 適應(yīng)在線參數(shù)修正模塊利用在線數(shù)據(jù)修正模型誤差。
[0017] 本發(fā)明等值模型的具體原理為：利用簡(jiǎn)化的最大功率跟蹤指令與限功率指令模擬 機(jī)組在實(shí)際過程中的控制策略，為機(jī)組提供等效的電磁轉(zhuǎn)矩，風(fēng)輪為機(jī)組提供輸入機(jī)械轉(zhuǎn) 矩。在線參數(shù)修正模塊通過實(shí)測(cè)機(jī)組轉(zhuǎn)速、風(fēng)速可得實(shí)際機(jī)組的葉尖速比，從而得到該工作 點(diǎn)實(shí)際機(jī)組的風(fēng)能利用系數(shù)，利用風(fēng)能利用系數(shù)表達(dá)式，可在運(yùn)行過程中能不斷得到機(jī)組 不同工作點(diǎn)實(shí)際的風(fēng)能利用系數(shù)，利用最小二乘在線修正模型中的風(fēng)能利用系數(shù)曲線，最 終使得模型風(fēng)輪能正確反映實(shí)際機(jī)組的工作狀態(tài)。
[0018] 本發(fā)明Cp曲線在線修正流程如圖3所示。通過機(jī)組模型的功率指令可以獲得模 型的葉尖速比，模型輸入風(fēng)速已知，可得機(jī)組模型轉(zhuǎn)速，同時(shí)，實(shí)際機(jī)組上傳實(shí)際風(fēng)速儀與 轉(zhuǎn)速，通過前文所述修正方法可得風(fēng)能利用系數(shù)修正值，實(shí)時(shí)修正模型的風(fēng)輪氣動(dòng)特性。
[0019] 盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述描 述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多 種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
【權(quán)利要求】
1. 一種風(fēng)電機(jī)組有功功率在線等值模型，其特征在于，包括風(fēng)力機(jī)模型，軸系模型，最 大功率跟蹤控制模型及自適應(yīng)在線參數(shù)修正模塊，其中，風(fēng)力機(jī)模型利用系數(shù)曲線建模，軸 系模型采用單質(zhì)量塊模型，最大功率跟蹤控制模型采用該階段功率與轉(zhuǎn)速三次方曲線建 模，自適應(yīng)在線參數(shù)修正模塊利用在線數(shù)據(jù)修正模型誤差。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電機(jī)組有功功率在線等值模型，其特征在于，所述自適應(yīng) 在線參數(shù)修正模塊通過得到實(shí)際機(jī)組的有功功率，從而得到實(shí)際風(fēng)力機(jī)在該點(diǎn)的Cp值，通 過不斷獲得的在線數(shù)據(jù)，利用最小二乘法獲得修正模型中風(fēng)力機(jī)的Cp曲線，在線對(duì)模型的 參數(shù)進(jìn)行修正，從而使模型的參數(shù)跟隨實(shí)際機(jī)組變化。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104123442SQ201410323906
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月8日
【發(fā)明者】蔡旭, 李征, 蔡游明, 張琛, 汪寧勃, 丁坤 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)