(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 202211211238.X (22)申请日 2022.09.30 (71)申请人 江苏方天电力技 术有限公司 地址 211102 江苏省南京市江宁区科 学园 天元中路19号 (72)发明人 丁然　杨春　梅睿　袁超　刘亚南　 唐一铭　杨宏宇　曹佳伟　王亮　 (74)专利代理 机构 南京钟山专利代理有限公司 32252 专利代理师 张明浩 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06Q 50/06(2012.01) (54)发明名称 一种基于传递函数与聚合等值的有效风电 场建模方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于传递函数与聚合等 值的有效风电场建模方法， 属于风电领域， 包括 以下步骤： S1： 建立风电机组并网系统的数学模 型； S2： 按给定的降阶原则， 基于等效传递函数对 风电机组并网系统数学模型进行降阶； S3： 分析 风电场各风电机组及集电系统的连接方式， 采用 等效线损模 型对集电线路进行简化； 然后 在风机 组并网系统降阶数学模型的基础上， 对风电场内 风电机组根据尾流效应进行分类聚合， 并对风电 机组聚合参数进行容量加权等值计算， 从而实现 风电场的降阶等值建模， 本发明可以提高大型风 电场仿真速度， 便于对风电暂稳态并网的动态特 性进行快速分析。 权利要求书4页 说明书10页 附图2页 CN 115510659 A 2022.12.23 CN 115510659 A 1.一种基于传递 函数与聚合 等值的有效风电场建模方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： S1： 建立风电机组并 网系统的数 学模型； S2： 按给定的降阶原则， 基于等效传递 函数对风电机组并 网系统数 学模型进行降阶； S3： 分析风电场各风电机组及集电系统的连接方式， 采用等效线损模型对集电线路进 行简化； 然后在风机组并网系统降阶数学模型 的基础上， 对风电场内风电机组根据尾流效 应进行分类聚合， 并对风电机组聚合参数进行容量加权等值计算， 从而实现风电场的降阶 等值建模。 2.根据权利要求1所述的基于传递函数与聚合等值的有效风电场建模方法， 其特征在 于： 所述步骤S1中， 风电机组并网系统数学模 型采用永磁同步 发电系统模型， 所述永磁同步 发电系统模型包括： 风力机、 传动轴、 永磁同步电机即PMSG、 全功率变流器以及对应的控制 系统模型； 风力机捕获风能转化为转子动能， 风轮转子通过传动轴将动能转化到PMSG变为 电能， PMSG输出的三相电流 通过全功率变流器并 网输出功率。 3.根据权利要求2所述的基于传递函数与聚合等值的有效风电场建模方法， 其特征在 于： 所述步骤S1需推导出风力机机械功率和机械转矩， 以及永磁同步电机的转子动态方程 表达式； 所述 风力机捕获风能获得的机 械功率为： Pm＝ρ SCp( λ, β )v3/2＝Tmωm         ① 式中， ρ 为 空气密度； S ＝πR2是风力机的扫描面积； R为风力机叶片半径； v为风速； Cp为风 能利用系数， 其 值为叶尖速比λ与桨距角 β 的函数； Tm为风力机机械转矩， ωm为风力机转速； λ 的表达式为： 由式①、②可得风力机 机械转矩为： 其中， Cp可以表示 为： 式中， α 为中间变量； 当风力机处于最大功率 点跟踪即MP PT控制运行时， 输出功率可表示 为： Cp,opt为最佳风能利用系数， kopt为与风力机自身特性相关的参数； 则由式②、③、④可得风力机的最佳输出机 械转矩为： PMSG的作用是将风力机捕获的风能通过电磁效应转化为电能， 忽略其轴系动态效应， 则转子动态方程表达式为：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115510659 A 2式中Te为永磁同步电机电磁转矩， D为PMSG的机 械阻尼系数。 4.根据权利要求3所述的基于传递函数与聚合等值的有效风电场建模方法， 其特征在 于： 所述步骤S2中的降阶原则包括： A、 忽略PMSG中dq轴电流的动态响应， 即忽略PMSG中的电磁时间尺度下的动态响应； B、 忽略PMSG中机 械阻尼及电磁损耗； C、 忽略全功率变流器中开关动态及各磁链动态响应、 锁相环动态响应、 电流内环动态 响应； D、 全功率变流器采用qd轴解耦控制， 故将有功功率控制和无功功率控制 分开， 忽略直 流侧端电压控制。 5.根据权利要求4所述的基于传递函数与聚合等值的有效风电场建模方法， 其特征在 于： 所述步骤S2中， 风力机等效简化模型的： 输出变量为机械转矩Tm， 输入变量为风速v、 转 子转速ωm和桨距角 β； 基于降阶原则A和B， PMSG中转子动态方程表达式可简化 为： 设计PMSG等效简化模型输出变量为转子转速ωm， 输入变量为机械转矩Tm和电磁转矩 Te； 则根据等效传递 函数， 转速与转矩间的传递 函数为： 式中H为PMSG的惯性时间常数； s为复频率 在全功率变流器简化模型中， 基于降阶原则C和D， 用一阶惯性环节来对应取代机侧变 流器和网侧变流器； 简化 风电机组输出功率 为： 式中， Pwind为风电机组输出功率； Pwind_ref为风电机组输出功率参考值； Tw为与机侧变流 器和网侧变流器相关的功率控制时间常数； s为复频率； 要实现上述功率且转子转速不超过额定值， 需要桨距角控制系统来协助进行控制； 桨 距角控制系统基于传递 函数可以等效为 一阶惯性环 节： 式中， G(s)为桨距伺服的传递 函数； Tβ为时间常数； s为复频率。 6.根据权利要求5所述的基于传递函数与聚合等值的有效风电场建模方法， 其特征在 于： 所述步骤S3中对集电线路采用等效线损模型进行简化过程包括： 设S1、 S2、…、 Sn分别为各台风电机组的输出功率； U1、 U2、…、 Un分别为各台风电机组的端 电压； 相邻两台风电机组间的集电线路阻抗分别为Z1、 Z2、…、 Zn； 对集电线路进行等效时， 把风电机组和风电机组变压器作为一个整体简化成一个电流 源； 假设每台风电机组出力相等， 则它们向集电线路注入的电流相量相等， 则风电机组群中权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115510659 A 3