技术摘要：
本发明公开了一种风力发电机组等效气动模型实现方法，利用风力发电机组某些设计或实测参数，通过机械模型计算得到风轮输出的气动转矩，并从风力机气动特性的本质出发，构建了目标风速求解函数，给出了目标风速解算方法，能够实现目标风速高效求解，最后将目标风速和相  全部
背景技术：
随着风电产业的迅猛发展，风电渗透率不断提高，风电对电网安全性、稳定性的影 响越发显著，同时电网对风电并网性能的要求更加严格。风电和电网相互作用特性及其控 制方法研究的广度和深度不断延伸，风电并网仿真逐渐成为进行相关研究的重要方法。作 为构成风力发电系统最基础、最重要的风力发电机组，其电气仿真模型是进行风电并网仿 真研究的重要基础。 当前，关于风力发电机组单机电气仿真模型的通用模块化结构及其建模方法已非 常明确，比如在国际电工委员会最新发布的IEC  61400-27-1:2015标准中，将风力发电机组 单机电气仿真模型分为气动模块、机械模块、发电机系统模块、电气系统模块、电网保护模 块、控制模块(包括变桨控制模块、发电机控制模块)等六个模块，并给出了各个模块的通用 建模方法。 对于气动模块，则给出了恒定转矩气动模型、一维气动模型和二维气动模型三种 通用建模方法。实际上，风力发电机组实际运行的气流环境非常复杂，风速矢量在风轮旋转 面上分布也及其复杂，会受到剪切、塔影、湍流等因素的影响。为了考虑这些因素，业内普遍 采用Bladed等专业软件进行风力发电机组气动设计，然而基于Bladed的气动设计又要涉及 大量的计算，而且受限于现有建模方法，其精度也不能切实保证。因此，一方面，气动模型通 用建模方法简单易行，但忽略了众多影响因素，其应用场合严重受限；另一方面，采用 Bladed等专业软件进行气动设计，能够较好的提升气动模型的精度，但又不适用于风电场 级等风电大规模接入电网的并网仿真研究。
技术实现要素：
本发明的目的在于，提供了一种风力发电机组等效气动模型实现方法，通过本方 法实现了建立兼具良好通用性、适用性和实用性的风力发电机组电气仿真模型。 本发明目的通过下述技术方案来实现： 一种风力发电机组等效气动模型实现方法，所述等效气动模型实现方法至少包括 如下步骤：S1：获取风力发电机组关键输入参数；S2：建立风力发电机组机械模型，并计算风 轮输出的气动转矩Taer(e)；S3：完成单个运行点的目标风速υe的计算；S4：重复步骤S1至S3， 完成各运行点的目标风速υe的计算，从而获取目标风速序列υe(t)；S5：基于风力发电机组风 轮转矩系数表Ct和目标风速序列υe(t)获得风力发电机组等效气动模型。 根据一个优选的实施方式，所述步骤S3中，单个运行点的目标风速计算过程包括： 步骤3-1：构建目标风速求解函数g(λ)； 步骤3-2：计算使得求解函数g(λ)取得最小值的叶尖速比λf； 4 CN 111577540 A 说　明　书 2/5 页 步骤3-3：计算单个运行点的目标风速υe。 根据一个优选的实施方式，所述目标风速求解函数g(λ)是指建立当桨距角β＝βm 时，以叶尖速比λ为自变量的函数，g(λ)按下式定义，即 g(λ)＝|Ct(λ,βm)-kλ2| 式中，k为无量纲系数，应按下式计算，即 式中，ωr为风轮转速，R为风轮半径，ρ为空气密度。 根据一个优选的实施方式，所述步骤S3-2中，基于计算转矩系数查找表Ct对于叶 尖速比λ的划分，从所划分的叶尖速比下限λmin开始，依次递增划分间隔Δλ计算各划分点对 应的g(λ)函数值，直至达到所划分的叶尖速比上限λmax结束，并选取使g(λ)取得最小值的叶 尖速比λf作为λe，即 λe＝λf 式中，λf满足：当λ＝λf(λmin≤λ≤λmax)时，使得g(λ)取得最小值。 根据一个优选的实施方式，所述步骤S3-3中，计算单个运行点的目标风速υe，使用 叶尖速比λe，风轮转速ωr和风轮半径R，计算相应运行点的目标风速υe，即： υe＝Rωr/λe。 根据一个优选的实施方式，所述叶尖速比λ的划分范围为[0,20]，即λmin＝0，λmax ＝20，划分间隔Δλ＝0.1-0.01。 根据一个优选的实施方式，所述步骤S1中，所述关键输入参数是指风力发机组设 计和/或实测参数；设计参数至少包括：风力发电机组风轮转动惯量Jr、转矩系数表Ct、发电 机转动惯量Jg和齿轮箱变速比Ngb；实测参数至少包括：风力发电机组风轮转速ωr、桨距角 βm，发电机转速ωg，发电机电磁转矩Tg；空气密度ρ；且，当设计参数有对应实测参数值时，采 用实测参数值。 根据一个优选的实施方式，所述步骤S2中，风力发电机组机械模型是指基于实际 风力发电机组相关参数建立的运动方程。 根据一个优选的实施方式，所述机械模型采用两质量块模型，采用如下式定义： 式中，Tls为低速轴转矩，Tlf为低速轴损耗转矩，Ths为高速轴转矩，Thf为高速轴损耗 转矩，Tg为发电机电磁转矩。 前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本 发明可采用并要求保护的方案；且本发明，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间 也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有 多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。 本发明的有益效果： 5 CN 111577540 A 说　明　书 3/5 页 (1)通过本发明方法，使用风力发电机组有限且实际比较容易获取的少量关键输 入参数，将实际非常复杂的风力机气动特性，用相应转矩系数表和目标风速进行等效，能够 获得比较好的模型精度，同时大大简化相应建模方法。 (2)从风力发电机组风力机气动特性的本质出发，构建了目标风速求解函数，可以 解决相关风力机气动特性非线性带来的多值解问题，从而大大提升目标风速的求解效率。 (3)上述1和2的有益效果，使得等效气动模型不仅能够用于风力发电机组和风电 场离线模拟仿真研究，使得相关模型易于在不同的仿真软件平台进行实现，还可用于风力 发电机组和风电场在线实时模拟仿真研究及其他相关实际控制方案实现，从而大大扩展了 相应模型的应用范围。 (4)本发明等效气动模型实现流程清晰，方法简单，硬软件资源耗费小，具有很好 的通用性和实用性。 附图说明 图1是本发明等效气动模型实现方法流程图； 图2是本发明等效气动模型求解函数原理示意图； 图3是某型商业化风力发电机组轮毂处实测平均风速与等效气动模型求解出的目 标风速序列的比较图。