定桨距异步风力发电机建模方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN201310287911.2	申请日：	2013.07.10
公开号：	CN103336872A	公开日：	2013.10.02
当前法律状态：	驳回	有效性：	无权
法律详情：	发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):G06F 17/50申请公布日:20131002\|\|\|专利申请权的转移IPC(主分类):G06F 17/50变更事项:申请人变更前权利人:国家电网公司变更后权利人:国家电网公司变更事项:地址变更前权利人:100031 北京市西城区西长安街86号变更后权利人:100031 北京市西城区西长安街86号变更事项:申请人变更前权利人:甘肃省电力公司甘肃省电力公司风电技术中心变更后权利人:国网甘肃省电力公司甘肃省电力公司风电技术中心中国电力科学研究院登记生效日:20141222\|\|\|著录事项变更IPC(主分类):G06F 17/50变更事项:发明人变更前:汪宁渤路亮王多周识远张玉宏丁坤靳丹赵龙何世恩韩旭杉马彦宏周强王定美徐宏泉刘光途王小勇李津马明张金平黄蓉吕清泉张建美变更后:汪宁渤路亮肖洋王多夏潮周识远晁晖张玉宏张石丁坤韩志勇靳丹赵龙马彦宏周强\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):G06F 17/50申请日:20130710\|\|\|公开
IPC分类号：	G06F17/50	主分类号：	G06F17/50
申请人：	国家电网公司; 甘肃省电力公司; 甘肃省电力公司风电技术中心
发明人：	汪宁渤; 路亮; 王多; 周识远; 张玉宏; 丁坤; 靳丹; 赵龙; 何世恩; 韩旭杉; 马彦宏; 周强; 王定美; 徐宏泉; 刘光途; 王小勇; 李津; 马明; 张金平; 黄蓉; 吕清泉; 张建美
地址：	100031 北京市西城区西长安街86号
优先权：
专利代理机构：	北京中恒高博知识产权代理有限公司 11249	代理人：	刘洪京
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内容摘要

本发明公开了一种定桨距异步风力发电机建模方法，通过建立定桨距异步风力发电机数字模型中的各个方程，利用确立的异步发电机的转子运动方程，电压方程，电磁暂态过程方程，异步风力发电机输出的电磁功率方程和异步风力发电机组机端并联电容器组方程构建一个完善的数学模型，通过数字模型的运行，实现了为风电电力系统稳定分析和调度提供准确的数据来源的目的。

权利要求书

权利要求书
1.   一种定桨距异步风力发电机建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：建立异步发电机的转子运动方程：

式中，Pe和Pm分别为异步发电机的电磁功率和机械功率，s和Tj分别为异步发电机的滑差和转子惯性时间常数；
第二步：以同步旋转坐标为参考建立异步发电机定子电压方程为：

其中，

式中，Us、Is、rs、xs为异步发电机定子电压、电流、电阻和电抗，xr、xm为异步发电机转子电抗和激磁电抗，E’、x’为异步发电机暂态电势和暂态电抗；
第三步：建立异步发电机转子电磁暂态过程方程为：
             其中：

f1为同步频率，T’do为定子绕组开路时转子绕组的时间常数：

式中，rr为异步发电机转子电阻；
第四步：建立异步风力发电机输出的电磁功率方程为：

式中，I*s为Is的共扼，Re表示取实部；
第五步：建立异步风力发电机组机端并联电容器组方程为：



式中，Us、Is是异步发电机定子电压、电流，Uc、Ic是电容器组电压、电流，Ug、Ig是异步发电机接入系统的电压、电流，Xc是电容器组电抗值；
第六步，以上述第一步至第五步建立的异步发电机的转子运动方程，电压方程，电磁暂态过程方程，异步风力发电机输出的电磁功率方程和异步风力发电机组机端并联电容器组方程为依据建立定桨距异步风力发电机数字模型。

说明书

说明书定桨距异步风力发电机建模方法
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体地，涉及一种定桨距异步风力发电机建模方法。
背景技术
我国风电进入规模化发展阶段以后所产生的大型风电基地多数位于“三北地区”（西北、东北、华北），大型风电基地一般远离负荷中心，其电力需要经过长距离、高电压输送到负荷中心进行消纳。由于风资源的间歇性、随机性和波动性，导致大规模风电基地的风电出力会随之发生较大范围的波动，进一步导致输电网络充电功率的波动，给电网运行安全带来一系列问题。
因此，需要对风力发电机进行建模，从而建立风电机组和风电场模型，并对风电机组和风电场的模型参数进行验证，为电力系统稳定分析和电网生产调度提供准确的计算依据，为风电机组以及风电场并网接入或运行控制新技术的开发提供基础数据。
目前，已经出现一些风力发电机的风电场模型，包括恒速恒频风力发电机、变速恒频直驱风力发电机以及变速恒频双馈风力发电机，但还没有出现用于描述定桨距异步风力发电机的转子运动过程和发电机的电磁暂态过程的建模方法。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种定桨距异步风力发电机建模方法，以实现通过对定桨距异步风力发电机建模，为风电电力系统稳定分析和调度提供准确的数据依据的优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种定桨距异步风力发电机建模方法，包括以下步骤：
第一步：建立异步发电机的转子运动方程：

式中，Pe和Pm分别为异步发电机的电磁功率和机械功率，s和Tj分别为异步发电机的滑差和转子惯性时间常数；
第二步：以同步旋转坐标为参考建立异步发电机定子电压方程为：

其中，

式中，Us、Is、rs、xs为异步发电机定子电压、电流、电阻和电抗，xr、xm为异步发电机转子电抗和激磁电抗，E’、x’为异步发电机暂态电势和暂态电抗；
第三步：建立异步发电机转子电磁暂态过程方程为：
                   其中：

f1为同步频率，T’do为定子绕组开路时转子绕组的时间常数：

式中，rr为异步发电机转子电阻；
第四步：建立异步风力发电机输出的电磁功率方程为：

式中，I*s为Is的共扼，Re表示取实部；
第五步：建立异步风力发电机组机端并联电容器组方程为：



式中，Us、Is是异步发电机定子电压、电流，Uc、Ic是电容器组电压、电流，Ug、Ig是异步发电机接入系统的电压、电流，Xc是电容器组电抗值；
第六步，以上述第一步至第五步建立的异步发电机的转子运动方程，电压方程，电磁暂态过程方程，异步风力发电机输出的电磁功率方程和异步风力发电机组机端并联电容器组方程为依据建立定桨距异步风力发电机数字模型。
本发明的技术方案具有以下有益效果：
本发明的技术方案，通过建立定桨距异步风力发电机数字模型中的各个方程，利用确立的异步发电机的转子运动方程，电压方程，电磁暂态过程方程，异步风力发电机输出的电磁功率方程和异步风力发电机组机端并联电容器组方程构建一个完善的数学模型，通过数字模型的运行，实现了为风电电力系统稳定分析和调度提供准确的数据来源的目的。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例所述的定桨距异步风力发电机建模方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种定桨距异步风力发电机建模方法，包括以下步骤：
步骤101：建立异步发电机的转子运动方程：

式中，Pe和Pm分别为异步发电机的电磁功率和机械功率，s和Tj分别为异步发电机的滑差和转子惯性时间常数.
步骤102：以同步旋转坐标为参考建立异步发电机定子电压方程为：

其中，

式中，Us、Is、rs、xs为异步发电机定子电压、电流、电阻和电抗，xr、xm为异步发电机转子电抗和激磁电抗，E’、x’为异步发电机暂态电势和暂态电抗；
步骤103：建立异步发电机转子电磁暂态过程方程为：
                   其中：

f1为同步频率，T’do为定子绕组开路时转子绕组的时间常数：

式中，rr为异步发电机转子电阻；
步骤104：建立异步风力发电机输出的电磁功率方程为：

式中，I*s为Is的共扼，Re表示取实部；
步骤105：建立异步风力发电机组机端并联电容器组方程为：



式中，Us、Is是异步发电机定子电压、电流，Uc、Ic是电容器组电压、电流，Ug、Ig是异步发电机接入系统的电压、电流，Xc是电容器组电抗值；
步骤106，以上述第一步至第五步建立的异步发电机的转子运动方程，电压方程，电磁暂态过程方程，异步风力发电机输出的电磁功率方程和异步风力发电机组机端并联电容器组方程为依据建立定桨距异步风力发电机数字模型。
以上方程构成了异步风力发电机组的机电暂态方程，从步骤101可见，异步发电机的动态行为最终体现在动态过程中电磁功率与机械功率的相互关系，电磁功率反映了动态过程中发电机各电气量间的相互关系，机械功率反映了原动机随风速的变化特性。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

资源描述

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1、(10)申请公布号 CN 103336872 A (43)申请公布日 2013.10.02 C N 1 0 3 3 3 6 8 7 2 A *CN103336872A* (21)申请号 201310287911.2 (22)申请日 2013.07.10 G06F 17/50(2006.01) (71)申请人国家电网公司地址 100031 北京市西城区西长安街86号申请人甘肃省电力公司甘肃省电力公司风电技术中心 (72)发明人汪宁渤路亮王多周识远张玉宏丁坤靳丹赵龙何世恩韩旭杉马彦宏周强王定美徐宏泉刘光途王小勇李津马明张金平黄蓉吕清泉张建美 (74)。

2、专利代理机构北京中恒高博知识产权代理有限公司 11249 代理人刘洪京 (54) 发明名称定桨距异步风力发电机建模方法 (57) 摘要本发明公开了一种定桨距异步风力发电机建模方法，通过建立定桨距异步风力发电机数字模型中的各个方程，利用确立的异步发电机的转子运动方程，电压方程，电磁暂态过程方程，异步风力发电机输出的电磁功率方程和异步风力发电机组机端并联电容器组方程构建一个完善的数学模型，通过数字模型的运行，实现了为风电电力系统稳定分析和调度提供准确的数据来源的目的。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页说明书4页附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发。

3、明专利申请权利要求书2页说明书4页附图1页 (10)申请公布号 CN 103336872 A CN 103336872 A 1/2页 2 1.一种定桨距异步风力发电机建模方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：建立异步发电机的转子运动方程：式中，P e 和P m 分别为异步发电机的电磁功率和机械功率，s和T j 分别为异步发电机的滑差和转子惯性时间常数；第二步：以同步旋转坐标为参考建立异步发电机定子电压方程为：其中，式中，U s 、I s 、r s 、x s 为异步发电机定子电压、电流、电阻和电抗，x r 、x m 为异步发电机转子电抗和激磁电抗，E、x为异步发电机暂态电势。

4、和暂态电抗；第三步：建立异步发电机转子电磁暂态过程方程为：其中： f 1 为同步频率，T do 为定子绕组开路时转子绕组的时间常数：式中，r r 为异步发电机转子电阻；第四步：建立异步风力发电机输出的电磁功率方程为：式中，I * s 为I s 的共扼，R e 表示取实部；第五步：建立异步风力发电机组机端并联电容器组方程为：权利要求书CN 103336872 A 2/2页 3 式中，U s 、I s 是异步发电机定子电压、电流，U c 、I c 是电容器组电压、电流，U g 、I g 是异步发电机接入系统的电压、电流，X c 是电容器组电抗值；第六步，以上述第一步至第五。

5、步建立的异步发电机的转子运动方程，电压方程，电磁暂态过程方程，异步风力发电机输出的电磁功率方程和异步风力发电机组机端并联电容器组方程为依据建立定桨距异步风力发电机数字模型。权利要求书CN 103336872 A 1/4页 4 定桨距异步风力发电机建模方法技术领域 0001 本发明涉及风力发电技术领域，具体地，涉及一种定桨距异步风力发电机建模方法。背景技术 0002 我国风电进入规模化发展阶段以后所产生的大型风电基地多数位于“三北地区” （西北、东北、华北），大型风电基地一般远离负荷中心，其电力需要经过长距离、高电压输送到负荷中心进行消纳。由于风资源的间歇性、随机性和波动性。

6、，导致大规模风电基地的风电出力会随之发生较大范围的波动，进一步导致输电网络充电功率的波动，给电网运行安全带来一系列问题。 0003 因此，需要对风力发电机进行建模，从而建立风电机组和风电场模型，并对风电机组和风电场的模型参数进行验证，为电力系统稳定分析和电网生产调度提供准确的计算依据，为风电机组以及风电场并网接入或运行控制新技术的开发提供基础数据。 0004 目前，已经出现一些风力发电机的风电场模型，包括恒速恒频风力发电机、变速恒频直驱风力发电机以及变速恒频双馈风力发电机，但还没有出现用于描述定桨距异步风力发电机的转子运动过程和发电机的电磁暂态过程的建模方法。发明内容 0005 。

7、本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种定桨距异步风力发电机建模方法，以实现通过对定桨距异步风力发电机建模，为风电电力系统稳定分析和调度提供准确的数据依据的优点。 0006 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种定桨距异步风力发电机建模方法，包括以下步骤：第一步：建立异步发电机的转子运动方程：式中，P e 和P m 分别为异步发电机的电磁功率和机械功率，s和T j 分别为异步发电机的滑差和转子惯性时间常数；第二步：以同步旋转坐标为参考建立异步发电机定子电压方程为：其中，说明书CN 103336872 A 2/4页 5 式中，U s 、I s 、r s 、x s 为异。

8、步发电机定子电压、电流、电阻和电抗，x r 、x m 为异步发电机转子电抗和激磁电抗，E、x为异步发电机暂态电势和暂态电抗；第三步：建立异步发电机转子电磁暂态过程方程为：其中： f 1 为同步频率，T do 为定子绕组开路时转子绕组的时间常数：式中，r r 为异步发电机转子电阻；第四步：建立异步风力发电机输出的电磁功率方程为：式中，I * s 为I s 的共扼，R e 表示取实部；第五步：建立异步风力发电机组机端并联电容器组方程为：式中，U s 、I s 是异步发电机定子电压、电流，U c 、I c 是电容器组电压、电流，U g 、I g 是异步发电机接入系统的电压、电流，X。

9、 c 是电容器组电抗值；第六步，以上述第一步至第五步建立的异步发电机的转子运动方程，电压方程，电磁暂说明书CN 103336872 A 3/4页 6 态过程方程，异步风力发电机输出的电磁功率方程和异步风力发电机组机端并联电容器组方程为依据建立定桨距异步风力发电机数字模型。 0007 本发明的技术方案具有以下有益效果：本发明的技术方案，通过建立定桨距异步风力发电机数字模型中的各个方程，利用确立的异步发电机的转子运动方程，电压方程，电磁暂态过程方程，异步风力发电机输出的电磁功率方程和异步风力发电机组机端并联电容器组方程构建一个完善的数学模型，通过数字模型的运行，实现了为风电电力系。

10、统稳定分析和调度提供准确的数据来源的目的。 0008 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。附图说明 0009 图1为本发明实施例所述的定桨距异步风力发电机建模方法流程图。具体实施方式 0010 以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。 0011 如图1所示，一种定桨距异步风力发电机建模方法，包括以下步骤：步骤101：建立异步发电机的转子运动方程：式中，P e 和P m 分别为异步发电机的电磁功率和机械功率，s和T j 分别为异步发电机的滑差和转子惯性时间常数. 步骤102：以同步旋。

11、转坐标为参考建立异步发电机定子电压方程为：其中，式中，U s 、I s 、r s 、x s 为异步发电机定子电压、电流、电阻和电抗，x r 、x m 为异步发电机转子电抗和激磁电抗，E、x为异步发电机暂态电势和暂态电抗；步骤103：建立异步发电机转子电磁暂态过程方程为：其中：说明书CN 103336872 A 4/4页 7 f 1 为同步频率，T do 为定子绕组开路时转子绕组的时间常数：式中，r r 为异步发电机转子电阻；步骤104：建立异步风力发电机输出的电磁功率方程为：式中，I * s 为I s 的共扼，R e 表示取实部；步骤105：建立异步风力发电机组机端并联。

12、电容器组方程为：式中，U s 、I s 是异步发电机定子电压、电流，U c 、I c 是电容器组电压、电流，U g 、I g 是异步发电机接入系统的电压、电流，X c 是电容器组电抗值；步骤106，以上述第一步至第五步建立的异步发电机的转子运动方程，电压方程，电磁暂态过程方程，异步风力发电机输出的电磁功率方程和异步风力发电机组机端并联电容器组方程为依据建立定桨距异步风力发电机数字模型。 0012 以上方程构成了异步风力发电机组的机电暂态方程，从步骤101可见，异步发电机的动态行为最终体现在动态过程中电磁功率与机械功率的相互关系，电磁功率反映了动态过程中发电机各电气量间的相互关系，机械功率反映了原动机随风速的变化特性。 0013 最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。说明书CN 103336872 A 1/1页 8 图1 说明书附图CN 103336872 A 。

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