(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211420577.9 (22)申请日 2022.11.15 (71)申请人 华北电力大 学 地址 102206 北京市昌平区北农路2号 申请人 华能集团技 术创新中心有限公司 (72)发明人 宋子秋　胡阳　房方　刘吉臻　 郭小江　王庆华　郑建涛　 (74)专利代理 机构 北京超凡宏宇专利代理事务 所(特殊普通 合伙) 11463 专利代理师 张文娥 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/16(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 漂浮式风电机组的建模方法及装置 (57)摘要 本发明提供了一种漂浮式风电机组的建模 方法及装置， 涉及风电机组建模的技术领域， 本 发明提供的漂浮式风电机组的建模 方法及装置， 能够获取预设的漂浮式风电机组的状态变量和 输入变量， 基于状态变量和输入变量构建非线性 模型， 根据非线性模型建立非线性模 型对应的面 向控制线性变参数模型， 以基于该面向控制线性 变参数模型对漂浮式风电机组进行控制， 并且， 本发明中的非线性模型包括： 传动子系统模型、 塔架子系统模 型、 漂浮平台子系统模 型和系泊子 系统模型， 涵盖了漂浮式风电机组多种特性， 可 以既满足模型精度的前提下使模型计算复杂度 保持适中的水平， 又可以为漂浮式风电机组的控 制器设计提供合适可靠的模型支撑， 提高漂浮式 风电机组的控制性能。 权利要求书3页 说明书13页 附图5页 CN 115495935 A 2022.12.20 CN 115495935 A 1.一种漂浮式风电机组的建模方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 获取预设的漂浮式风电机组的状态变量和输入变量； 其中， 所述状态变量用于描述漂 浮式风电机组的状态， 且， 所述状态变量包括机械结构相关变量和发电功率相关变量； 所述 输入变量包括控制输入变量和环境输入变量； 基于所述状态变量和输入变量构建非线性模型， 其中， 所述非线性模型包括： 传动子系 统模型、 塔架子系统模型、 漂浮平台子系统模型和系泊子系统模型； 根据所述非线性模型建立所述非线性模型对应的面向控制线性变参数模型， 以基于所 述面向控制线性变参数模型对所述漂浮式风电机组进行控制。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述机械结构相关变量包括平台的水平浪 涌平移、 平台的俯仰倾斜旋转角、 塔架的俯仰倾斜旋转角， 以及， 所述平台的水平浪涌平移、 所述平台的俯仰倾 斜旋转角、 所述塔架的俯仰倾 斜旋转角对时间的一阶导数； 所述发电功率相关变量包括： 转子转速、 桨距角和电磁转矩； 所述控制输入变量包括： 参 考桨距角和参 考发电机电磁转矩； 所述环境输入变量包括： 在所述漂浮式风电机组 的机舱处测量的水平参考风速和波浪 在平台上的作用力； 所述状态变量对应的状态 矩阵表示 为： ； 其中， 表示转子转速， 表示桨距角， 表示电磁转矩， 表示平台的水平浪涌平 移、 表示平台的俯仰倾斜旋转角、 表示塔架的俯仰倾斜旋转角， 分别表示 塔架的俯仰倾斜旋转角、 平台的俯仰倾斜旋转角和平台的水平浪涌平移对时间的一阶导 数； 所述输入变量对应的输入矩阵表示 为： ； 其中， 和 分别为控制输入变量和环境输入变量的矩阵， 表示参考桨距角， 表示参考发电机电磁转矩， 表示在所述漂浮式风电机组的机舱处测量的水平参考风速， 表示波浪在平台上的作用力。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述传动子系统模型用于保证所述漂浮式 风电机组的转矩 平衡； 基于所述状态变量和输入变量构建非线性模型的步骤， 包括： 提取所述发电功率相关变量中的转子转速 和电磁转矩 ； 按照下述公式建立所述传 动子系统模型： 其中， 表示所述漂浮式风电机组从风中获取的气动转矩， 表示阻尼常数， 表示 传动比， 和 分别是转子和发电机的转动惯量。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115495935 A 24.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述塔架子系统模型为根据作用于所述漂 浮式风电机组的塔架重心上的所有转矩建立的非线性模型； 基于所述状态变量和输入变量构建非线性模型的步骤， 还 包括： 按照下述公式构建所述塔架子系统模型： 其中， 是等效塔架的转动惯量； 和htc表示塔架的质量和质心的高度； 和 表示 塔架的弹性刚度和阻尼系统。 5.根据权利要求4所述的方法， 其特征在于， 所述漂浮平台子系统模型为根据作用在所 述漂浮式风电机组的漂浮式平台所有的力矩建立的非线性模型； 基于所述状态变量和输入变量构建非线性模型的步骤， 还 包括： 获取作用在所述漂浮式平台的力矩； 所述力矩包括重力转矩 、 漂浮式平台的浮力矩 、 系泊力矩 以及塔架与所述漂浮式平台耦合下的弹性和阻尼力矩 ； 基于所述力矩构建所述漂浮平台子系统模型； 所述漂浮平台子系统模型表示 为： 其中， 表示漂浮式平台的转动惯量； 是作用在漂浮式平台上的所有力矩。 6.根据权利要求5所述的方法， 其特 征在于， 所述方法还 包括： 获取所述漂浮式风电机组的属性信息， 根据所述属性信息计算所述重力转矩； 其中， 所述重力转矩表示为： ； 和hpc分别表示漂浮 式平台质量和质心的高度。 7.根据权利要求6所述的方法， 其特征在于， 基于所述状态变量和输入变量构建非线性 模型的步骤， 还 包括： 获取所述漂浮式风电机组的系泊系统 的简化模型信 息， 基于所述简化模型信 息获取所 述系泊系统中的系泊绳索作用在漂浮式平台上的力和力矩； 提取所述状态变量中的水平浪涌平移， 根据 所述水平浪涌平移计算所述系泊绳索的变 化长度与所述水平浪涌平 移的关系， 建立悬链线方程； 根据所述悬链线方程和所述系泊绳索的参数计算所述系泊绳索与所述漂浮式平台的 角度；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115495935 A 3