本发明涉及风电机组建模领域，具体涉及发一种发电机有功功率及风电机组参数计算方法、风电机组模型。
背景技术：
变速机组采用功率变换器实现变速恒频运行，具有突出的优势，目前已获得广泛应用。变速机组包括全功率变换机组和双馈机组两大类，其中双馈机组的定子绕组和背靠背变流器均接入电网，变速机组中的发电机与电网存在直接耦合，在研究电网扰动对机组的影响时，需要考虑发电机转速以及发电机有功功率。现有技术中，为了研究电网扰动对机组的影响，通常会建立完整的风电机组模型，对风电机组中各部分模型分别建模，包括风速、风力机气动、传动系统、变桨执行机构、发电机、背靠背变流器及其控制、主控系统(包括最大功率跟踪控制、变桨控制)、电网等值等子模块，然而当对大规模风电机组进行仿真研究时，为每一台机组建立包含多个子模块的仿真模型会导致仿真系统异常繁杂，且风电机组中的风力机气动模型包含多个待辨识参数，通常不易获取。
技术实现要素：
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的风电机组模型较复杂的缺陷，从而提供一种发电机有功功率及风电机组参数计算方法、风电机组模型。
本发明第一方面提供一种发电机有功功率计算方法，应用于建立风力机组模型，包括：获取风力机组所处的风速、空气密度和所述风力机组的机组参数，所述机组参数包括风力机的桨叶半径、风力机的最大风能利用系数、风力机最优转矩控制中的最优转矩系数、风力机与发电机的转动惯量和、风力机的最佳叶尖速比；根据所述风力机组所处的风速、空气密度和所述风力机组的机组参数计算最大功率点追踪控制下的发电机有功功率。
可选地，通过以下公式计算所述发电机有功功率：
本发明第二方面提供一种风电机组参数计算方法，包括：获取风力机组所处的风速、空气密度和所述风力机组的机组参数，所述机组参数包括风力机的桨叶半径、风力机的最大风能利用系数、风力机最优转矩控制中的最优转矩系数、风力机与发电机的转动惯量和、风力机的最佳叶尖速比；根据所述风力机组所处的风速、空气密度和所述风力机组的机组参数计算所述发电机在所述发电机转速下的最大功率点追踪控制下的发电机有功功率；获取最大功率点追踪控制下的发电机转速；根据所述发电机转速和所述发电机有功功率计算机侧变换器有功功率参考值；根据机侧容量和所述机侧有功功率参考值计算背靠背变流器无功功率参考值。
可选地，通过以下公式计算所述发电机有功功率：
可选地，获取最大功率点追踪控制下的发电机转速的步骤，包括：获取所述风力机转速；根据所述风力机组所处的风速、所述风力机转速、所述风力机与发电机的转动惯量和、以及所述风力机最优转矩控制中的最优转矩系数计算最大功率点追踪控制下的发电机转速。
可选地，通过以下公式计算所述发电机转速：
可选地，所述机侧变换器有功功率参考值为：
本发明第三方面提供一种风电机组模型，包括：第一参数获取模块，用于获取风力机组所处的风速、空气密度和所述风力机组的机组参数，所述机组参数包括风力机的桨叶半径、风力机的最大风能利用系数、风力机最优转矩控制中的最优转矩系数、风力机与发电机的转动惯量和、风力机的最佳叶尖速比；第一发电机有功功率计算模块，根据所述风力机组所处的风速、空气密度和所述风力机组的机组参数计算所述发电机在所述发电机转速下的最大功率点追踪控制下的发电机有功功率；第一发电机转速计算模块，用于获取最大功率点追踪控制下的发电机转速；第一背靠背交流器控制模块，用于根据所述发电机转速和所述发电机有功功率计算机侧变换器有功功率参考值；第一背靠背变流器模块，用于根据机侧容量和所述机侧有功功率参考值计算背靠背变流器无功功率参考值；第一发电机模块，用于根据所述背靠背变流器无功功率参考值和所述发电机转速计算发电机等效注入电网电流；第一电网模块，用于根据所述发电机等效注入电网电流和电网网络连接计算所述发电机机端电压和电网中其他电气参数。
本发明第四方面提供一种风电机组参数计算方法，包括：获取风力机组所处的风速、空气密度和所述风力机组的机组参数，所述机组参数包括风力机的桨叶半径、风力机的最大风能利用系数、风力机最优转矩控制中的最优转矩系数、风力机与发电机的转动惯量和、风力机的最佳叶尖速比；根据所述风力机组所处的风速、空气密度和所述风力机组的机组参数计算所述发电机在所述发电机转速下的最大功率点追踪控制下的发电机有功功率；获取最大功率点追踪控制下的发电机转速；根据所述发电机有功功率计算机侧变换器有功功率参考值；根据机侧容量和所述机侧有功功率参考值计算背靠背变流器无功功率参考值。
可选地，通过以下公式计算所述发电机有功功率：
可选地，获取最大功率点追踪控制下的发电机转速的步骤，包括：获取所述风力机转速；根据所述风力机组所处的风速、所述风力机转速、所述风力机与发电机的转动惯量和、以及所述风力机最优转矩控制中的最优转矩系数计算最大功率点追踪控制下的发电机转速。
可选地，通过以下公式计算所述发电机转速：
可选地，所述机侧变换器有功功率参考值与所述发电机有机功率相同。
本发明第五方面提供一种风电机组模型，包括：第二参数获取模块，用于获取风力机组所处的风速、空气密度和所述风力机组的机组参数，所述机组参数包括风力机的桨叶半径、风力机的最大风能利用系数、风力机最优转矩控制中的最优转矩系数、风力机与发电机的转动惯量和、风力机的最佳叶尖速比；第二发电机有功功率计算模块，根据所述风力机组所处的风速、空气密度和所述风力机组的机组参数计算所述发电机在所述发电机转速下的最大功率点追踪控制下的发电机有功功率；第二发电机转速计算模块，用于获取最大功率点追踪控制下的发电机转速；第二背靠背交流器控制模块，用于根据所述发电机有功功率计算机侧变换器有功功率参考值；第二背靠背变流器模块，用于根据机侧容量和所述机侧有功功率参考值计算背靠背变流器无功功率参考值；第二发电机模块，用于根据所述背靠背变流器无功功率参考值和所述发电机转速计算发电机等效注入电网电流；第二电网模块，用于根据所述发电机等效注入电网电流和电网网络连接计算所述发电机机端电压和电网中其他电气参数。
本发明第六方面提供一种计算机设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，从而执行如本发明第一方面提供的发电机有功功率计算方法，或，本发明第二方面提供的风电机组参数计算方法，或，本发明第四方面提供的风电机组参数计算方法。
本发明第七方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如本发明第一方面提供的发电机有功功率计算方法，或，本发明第二方面提供的风电机组参数计算方法，或，本发明第四方面提供的风电机组参数计算方法。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的发电机有功功率计算方法，可以直接通过风力机组所处的风速、空气密度，以及风力机组的参数计算得出最大功率点追踪控制下的发电机有功功率，在研究风电机组并网问题时，无需建立复杂模型便可得出发电机有功功率，通过该计算方法可以简化风电机组模型。
2.本发明提供的风电机组参数计算方法，研究风电机并网时所需的参数都可通过该计算方法得到，无需对风电机组模型中的所有子模块进行建模，简化了风电机组模型。
3.本发明提供的风电机组参数计算方法，可以直接通过风力机组所处的风速和风力机组的参数计算得出最大功率点追踪控制下的发电机转速，在研究风电机组并网问题时，无需对风电机组模型中的所有子模块进行建模，简化了风电机组模型。
4.本发明提供的风电机组模型，第一发电机转速计算模块和第一发电机有功功率计算模块可以直接根据风电机所处的风速和空气密度，以及风电机组参数计算得出发电机转速和发电机有功功率，无需对风电机组模型中的所有子模块进行建模，简化了风电机组模型。
5.本发明提供的风电机组参数计算方法，可以直接通过风力机组所处的风速和空气密度，以及风力机组的参数计算得出发电机在所述发电机转速下的最大功率点追踪控制下的所述发电机有功功率，在研究风电机组并网问题时，无需建立复杂模型便可得出发电机有功功率，通过该计算方法可以简化风电机组模型。
6.本发明提供的风电机组模型，第二发电机转速计算模块和第二发电机有功功率计算模块可以直接根据风电机所处的风速和空气密度，以及风电机组参数计算得出发电机转速和发电机有功功率，无需对风电机组模型中的所有子模块进行建模，简化了风电机组模型。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中风电机组模型的一个示意框图；
图2为本发明实施例中风电机组模型的一个具体示例的原理框图；
图3为本发明实施例中模型仿真中的阶跃风速；
图4本发明实施例中两组模型输出电功率的对比波形；
图5为本发明实施例中两组模型发电机转速的对比波形；
图6为本发明实施例中风电机组参数计算流程示意图；
图7为本发明实施例中风电机组参数计算流程示意图；
图8为本发明实施例中发电机有功功率计算流程示意图；
图9为本发明实施例中风电机组模型的一个示意框图；
图10为本发明实施例中风电机组模型的一个具体示例的原理框图；
图11为本发明实施例中风电机组参数计算流程示意图；
图12为本发明实施例中风电机组参数计算流程示意图；
图13为本发明实施例中计算机设备的一个示意框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
在电力仿真软件中建立风电机组模型时，现有建模方法通常需要对风电机组中各部分模型分别建模，包括风速、风力机气动、传动系统、变桨执行机构、发电机、背靠背变流器及其控制、主控系统(包括最大功率跟踪控制、变桨控制)、电网等值等子模块，当对大规模风电机组进行仿真研究时，为每一台机组建立包含多个子模块的仿真模型会导致仿真系统异常繁杂，且风电机组中的风力机气动模型包含多个待辨识参数，通常不易获取。考虑到风电并网分析中并不必要关注风力机气动功率、桨距角等状态变量，仅需要保留发电机和背靠背变流器在内的机组模型即可。
本实施例提供一种风电机组模型，在一具体实施例中，该风电机组模型为双馈风电机组的简化模型，如图1和图2所示，包括：
第一参数获取模块11，用于获取风力机组所处的风速、空气密度和所述风力机组的机组参数，所述机组参数包括风力机的桨叶半径、风力机的最大风能利用系数、风力机最优转矩控制中的最优转矩系数、风力机与发电机的转动惯量和、风力机的最佳叶尖速比。
第一发电机有功功率计算模块12，用于计算发电机在发电机转速下的最大功率点追踪控制下的发电机有功功率。
在一具体实施例中，第一发电机有功功率计算模块12通过如下公式计算发电机有功功率：
其中，ka＝0.5ρπr2，ρ表示风力机组所处的空气密度，r表示风力机的桨叶半径，cp0表示风力机的最大风能利用系数，λ0表示风力机的最佳叶尖速比。在一具体实施例中，发电机有功功率存在额定功率上限pn和下限0。
上述发电机有功功率计算公式通过如下方式得出：
对于机电时间尺度下的发电机电功率，可将其可表达为稳态分量和动态分量之和：
pe＝pe0+δpe(2)
其中
依据v＝v0+δv，有
其中hots为可忽略的高阶项。考虑到对风速的稳态分量v0进行低通滤波仍为v0，因此，得出该发电机有功功率如公式(1)所示：
由上述公式(1)可以看出，通过本发明实施例提供的发电机有功功率计算模块12对发电机有功功率进行计算，所需的参数较少，简化了风电机组模型。
第一发电机转速计算模块13，用于根据风速和机组参数计算最大功率点追踪控制下的发电机转速。
第一背靠背交流器控制模块14，用于根据发电机转速和发电机有功功率计算机侧变换器有功功率参考值，机侧变换器将电机定子输出的三相交流整流为直流，实现发电机在不同的风速和转速条件下稳定的直流电压输出，对于双馈机组的机侧变换器，其机侧有功功率参考值为：
第一背靠背变流器模块15，用于根据机侧容量和机侧有功功率参考值计算背靠背变流器无功功率参考值，在一具体实施例中，背靠背变流器无功参考值可以依据有功功率参考值和功率因数得到，也可以采用电压-无功闭环控制，该无功功率参考值便是风电机组送入电网模块的实际电流。对背靠背变流器模块15进行建模时，可以采用常规的建模方法，包括受控电流源模型、受控电压源模型、开关平均值模型、开关模型等，背靠背变流器的功率环控制和电流环控制可采用现有成熟的技术。
第一发电机模块16，用于根据背靠背变流器无功功率参考值和发电机转速计算发电机等效注入电网电流。
第一电网模块17，用于根据发电机等效注入电网电流和电网网络连接计算发电机机端电压和电网中其他电气参数。
第一发电机模块16和第一电网模块17的建立方法与现有技术一致，因此在本实施例中不做赘述。
本实施例提供的风电机组模型，仅建立了第一参数获取模块11、第一发电机有功功率计算模块12、第一发电机转速计算模块13、第一背靠背交流器控制模块14和第一背靠背变流器模块15，通过这几个必要的模块来研究风电机组并网问题，模块数量少，模型简单。而现有的建模技术中，除背靠背交流器控制模块和背靠背变流器模块外，还需对风力机、传动系统、变桨系统、最大功率跟踪控制系统分别建模，其中风力机模型采用的cp模型需要对8个参数进行辨识；传动系统模型除各部分转动惯量之外还需要已知传动轴刚度和阻尼；变桨系统模型包括变桨执行机构和变桨控制系统；最大功率跟踪控制系统实现风力机的最大功率跟踪。上述这些部分使得常规建模方法中整个风电机组模型模块数量多、模型复杂。
在一可选实施例中，风力机转速，第一发电机转速计算模块13通过如下公式计算发电机转速：
其中，ω0表示风力机转速，v0表示平均风速，v表示风速，kopt表示风力机最优转矩控制中的最优转矩系数，jsum表示风力机与发电机的转动惯量和。在一具体实施例中，风力机转速、风力机最优转矩控制中的最优转矩系数、风力机与发电机的转动惯量和都为发电机厂家给出的定值。在一具体实施例中，如图2所示，发电机转速存在额定转速上限ωn和下限0。
上述发电机转速计算公式通过如下方式得出：
将常规建模风电机组模型中的传动系统表示为转动惯量为jsum的单质量块模型，
其中，ta表示风力机的气动转矩、te表示风力机的电磁转矩，ω表示发电机转速，当风力机与发电机之间存在齿轮箱时，需要将低速侧或高速侧的转动惯量折算到另一侧，折算的方法是
将式(2)两边同乘转速并线性化，得到
jsumω0dδω/dt＝δpa-δpe(7)
其中，对于具有非线性特性的风力机气动功率，可将其表示为
其中cp表示风能利用系数，ρ表示空气密度，v表示风速，r表示桨叶半径，λ表示叶尖速比，β表示桨距角。
λ＝ωr/v(9)
考虑到额定风速以下β＝0，cp可表示为λ的一元函数cp(λ)，对式(4)在稳态最优工作点线性化得到
其中，lv|op0表示pa对v的偏导，lω|op0表示pa对ω的偏导。考虑到兆瓦级风电机组cp曲线顶点处十分平坦，dcp/dλ≈0。因此
机组最大功率点追踪控制通常采用下式
其中，kopt表示由风力机参数决定的最优系数。在机电时间尺度下，可认为发电机转矩响应足够迅速，从而
结合公式(3)、(7)，有
对于发电机转速，可将其可表达为稳态分量和动态分量之和
ω＝ω0+δω(16)
其中
将风速表示为其稳态分量和波动分量之和
v＝v0+δv(18)
考虑到对风速的稳态分量v0进行低通滤波仍为v0，因此，得出该发电机的转速如公式(5)所示：
由上述公式(5)可以看出，通过本发明实施例提供的第一发电机转速计算模块13对发电机转速进行计算时，所需的参数较少，并不需要如现有技术一般建立复杂的模型，可以直接通过风力机组所处的风速和风力机组的参数计算得出最大功率点追踪控制下的发电机转速，在研究风电机组并网问题时，无需对风电机组模型中的所有子模块进行建模，简化了风电机组模型。
在一具体实施例中，为了表明本实施例提供的风电机组模型将风电机组模型进行简化后，其有效性不会降低，本实施例通过仿真实验将本实施例提供的风电机组模型与现有技术中的风电机组模型做了对比。由于本实施例提供的风电机组模型中，第一背靠背变流器控制模块14和第一背后靠背变流器模块15的构建方式与现有技术相同，不同点在于本实施例中提供的风电机组模型中，发电机转速通过第一发电机转速计算模块12求得，发电机有功功率通过第一发电机有功功率计算模块13求得，而现有技术通过建立风力机、传动系统、变桨系统、最大功率跟踪控制系统等模型获得，因此对相同风速下对两个不同模型得出的发电机转速和发电机有功功率进行了对比。
在emtdc/pscad仿真环境中，对一台2mw永磁直驱全功率变换机组建立图2所示的简化模型，同时按照常规建模方法建立同一机组的详细模型，两组模型的背靠背变流器模块和背靠背变流器控制模块完全一致。区别在于机组详细模型对各子模块分别建模，包括采用8个cp参数的风力机模型、考虑传动轴刚度和阻尼的两质量块传动系统模型、变桨系统模型包括变桨执行机构和变桨控制系统、最大功率跟踪控制系统采用最优转矩控制实现风力机的最大功率跟踪；而简化模型则采用式(1)和式(15)直接得到发电机转速和输出电功率。两组模型采用相同的阶跃风速，如图3所示。图4给出了两组模型发电机转速的对比波形，转速已标幺化(基准转速为1.5rad/s)，可见二者吻合度很高，发电机转速的稳态和动态响应基本一致。图5给出了两组模型输出电功率的对比波形，可见简化模型与详细模型的仿真结果吻合度很高，有功功率的稳态和动态特性基本一致。
由上述仿真结果可知，本实施例提供的风电机组模型虽然在结构上做了简化，但是其有效性与现有技术中的风电机组模型基本一致。
实施例2
本实施例提供一种风电机组参数计算方法，在一具体实施例中，本方法适用于对双馈风电机组的参数计算，如图6所示，包括：
步骤s110：获取风力机组所处的风速、空气密度和所述风力机组的机组参数，所述机组参数包括风力机的桨叶半径、风力机的最大风能利用系数、风力机最优转矩控制中的最优转矩系数、风力机与发电机的转动惯量和、风力机的最佳叶尖速比,详细描述见上述实施例1中对第一参数获取模块11的描述；
步骤s120：根据所述风力机组所处的风速、空气密度和所述风力机组的机组参数计算所述发电机在最大功率点追踪控制下的发电机有功功率,详细描述见上述实施例1中对第一发电机有功功率计算模块12的描述；
步骤s130：获取最大功率点追踪控制下的发电机转速,详细描述见上述实施例1中对第一发电机转速计算模块13的描述；
步骤s140：根据发电机转速和发电机有功功率计算机侧变换器有功功率参考值，详细描述见上述实施例1中对第一背靠背交流器控制模块14的描述；
步骤s150：根据机侧有功功率参考值计算背靠背变流器网侧无功功率参考值，详细描述见上述实施例1中对第一背靠背变流器模块15的描述。
本发明提供的风电机组参数计算方法，研究风电机并网时所需的参数都可通过该计算方法得到，无需对风电机组模型中的所有子模块进行建模，简化了风电机组模型。
在一可选实施例中，通过以下公式计算发电机有功功率：
本发明提供的风电机组参数计算方法，最大功率点追踪控制下的发电机有功功率可以直接通过风力机组所处的风速和空气密度，以及风力机组的参数计算得出，在研究风电机组并网问题时，无需建立复杂模型便可得出发电机有功功率，通过该计算方法可以简化风电机组模型。
在一可选实施例中，如图7所示，步骤s130具体包括：
步骤s131：获取所述风力机转速；
步骤s132：根据所述风力机组所处的风速、所述风力机转速、所述风力机与发电机的转动惯量和、以及所述风力机最优转矩控制中的最优转矩系数计算最大功率点追踪控制下的发电机转速。
在一可选实施例中，通过以下公式计算所述发电机转速：
本发明提供的风电机组参数计算方法，最大功率点追踪控制下的发电机转速可以直接通过风力机组所处的风速和风力机组的参数计算得出，在研究风电机组并网问题时，无需对风电机组模型中的所有子模块进行建模，简化了风电机组模型。
在一可选实施例中，机侧变换器有功功率参考值为：
在一具体实施例中，当研究电网扰动对风电机组的影响时，还需考虑发电机等效注入电网电流、发电机机端电压和电网中其他电气参数，本实施例中根据背靠背变流器无功功率参考值和发电机转速计算发电机等效注入电网电流，根据发电机等效注入电网电流和电网网络连接计算发电机机端电压和电网中其他电气参数。
实施例3
本实施例提供一种发电机有功功率计算方法，应用于建立风力机组模型，如图8所示，包括如下步骤：
步骤s110:获取风力机组所处的风速、空气密度和所述风力机组的机组参数，所述机组参数包括风力机的桨叶半径、风力机的最大风能利用系数、风力机最优转矩控制中的最优转矩系数、风力机与发电机的转动惯量和、风力机的最佳叶尖速比，详细描述见上述实施例1中对第一参数获取模块11的描述；
步骤s120:根据所述风力机组所处的风速、空气密度和所述风力机组的机组参数计算最大功率点追踪控制下的发电机有功功率，详细描述见上述实施例1中对第一发电机有功功率计算模块12的描述。
本发明提供的发电机有功功率计算方法，可以直接通过风力机组所处的风速和空气密度，以及风力机组的参数计算得出最大功率点追踪控制下的发电机有功功率，在研究风电机组并网问题时，无需建立复杂模型便可得出发电机有功功率，通过该计算方法可以简化风电机组模型。
可选地，通过以下公式计算发电机有功功率：
实施例4
本实施例提供一种风电机组模型，在一具体实施例中，本风电机组模型为全功率变换风电机组的简化模型，如图9和图10所示，包括：
第二参数获取模块21，用于获取风力机组所处的风速、空气密度和所述风力机组的机组参数，所述机组参数包括风力机的桨叶半径、风力机的最大风能利用系数、风力机最优转矩控制中的最优转矩系数、风力机与发电机的转动惯量和、风力机的最佳叶尖速比，详细描述见上述实施例1中对第一参数获取模块11的描述；
第二发电机有功功率计算模块22，根据所述风力机组所处的风速、空气密度和所述风力机组的机组参数计算所述发电机在所述发电机转速下的最大功率点追踪控制下的发电机有功功率，详细描述见上述实施例1中对第一发电机有功功率计算模块12的描述；
第二发电机转速计算模块23，用于获取最大功率点追踪控制下的发电机转速，详细描述见上述实施例1中对第一发电机转速计算模块13的描述；
第二背靠背交流器控制模块24，用于根据所述发电机有功功率计算机侧变换器有功功率参考值，对于全功率变换风电机组，机侧变换器有功功率参考值与发电机有功功率相等；
第二背靠背变流器模块25，用于根据机侧容量和所述机侧有功功率参考值计算背靠背变流器无功功率参考值，详细描述见上述实施例1中对第一背靠背变流器模块15的描述；
第二发电机模块26，用于根据所述背靠背变流器无功功率参考值和所述发电机转速计算发电机等效注入电网电流，详细描述见上述实施例1中对第一发电机模块16的描述；
第二电网模块27，用于根据所述发电机等效注入电网电流和电网网络连接计算所述发电机机端电压和电网中其他电气参数，详细描述见上述实施例1中对第一电网模块17的描述。
本发明实施例提供的风电机组模型，第二发电机转速计算模块和第二发电机有功功率计算模块可以直接根据风电机所处的风速和空气密度，以及风电机组参数计算得出发电机转速和发电机有功功率，无需对风电机组模型中的所有子模块进行建模，与现有的建模技术相比更为简单。
实施例5
本实施例提供一种风电机组参数计算方法，在一具体实施例中，本方法适用于对全功率风电机组的参数计算，如图11所示，包括：
步骤s210：获取风力机组所处的风速、空气密度和所述风力机组的机组参数，所述机组参数包括风力机的桨叶半径、风力机的最大风能利用系数、风力机最优转矩控制中的最优转矩系数、风力机与发电机的转动惯量和、风力机的最佳叶尖速比，详细描述见上述实施例1中对第一参数获取模块11的描述；
步骤s220：根据所述风力机组所处的风速、空气密度和所述风力机组的机组参数计算所述发电机在所述发电机转速下的最大功率点追踪控制下的发电机有功功率，详细描述见上述实施例1中对第一发电机有功功率计算模块12的描述；
步骤s230：获取最大功率点追踪控制下的发电机转速，详细描述见上述实施例1中对第一发电机转速计算模块13的描述；
步骤s240：根据发电机有功功率计算机侧变换器有功功率参考值，详细描述见上述实施例3中对第二背靠背交流器控制模块24的描述；
步骤s250：根据机侧有功功率参考值计算背靠背变流器无功功率参考值，详细描述见上述实施例1中对第一背靠背变流器模块15的描述。
本实施例提供的风电机组参数计算方法，可以直接通过风力机组所处的风速和空气密度，以及风力机组的参数计算得出发电机在所述发电机转速下的最大功率点追踪控制下的所述发电机有功功率，在研究风电机组并网问题时，无需建立复杂模型便可得出发电机有功功率，通过该计算方法可以简化风电机组模型，且计算出的风电机组风电机组参数与通过现有的建模技术得出的风电机组参数基本一致。
在一可选实施例中，通过以下公式计算发电机有功功率：
在一可选实施例中，如图12所示，步骤s230具体包括：
步骤s231：获取所述风力机转速；
步骤s232：根据所述风力机组所处的风速、所述风力机转速、所述风力机与发电机的转动惯量和、以及所述风力机最优转矩控制中的最优转矩系数计算最大功率点追踪控制下的发电机转速。
在一可选实施例中，通过以下公式计算发电机转速：
本发明实施例提供的风电机组参数计算方法，可以直接通过风力机组所处的风速以及风力机组的参数计算得出最大功率点追踪控制下的发电机转速，在研究风电机组并网问题时，无需建立复杂模型便可得出发电机转速，通过该计算方法可以简化风电机组模型。
在一可选实施例中，对于全功率变换风电机组，机侧变换器有功功率参考值与发电机有机功率相同。
在一具体实施例中，当研究电网扰动对风电机组的影响时，还需考虑发电机等效注入电网电流、发电机机端电压和电网中其他电气参数，本实施例中根据背靠背变流器无功功率参考值和发电机转速计算发电机等效注入电网电流，根据发电机等效注入电网电流和电网网络连接计算发电机机端电压和电网中其他电气参数。
实施例6
本实施例提供一种计算机设备，如图13所示，该计算机设备主要包括一个或多个处理器51以及存储器52，图13中以一个处理器51为例。
该计算机设备还可以包括：输入装置55和输出装置54。
处理器51、存储器52、输入装置55和输出装置54可以通过总线或者其他方式连接，图13中以通过总线连接为例。
处理器51可以为中央处理器(centralprocessingunit，cpu)。处理器51还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。存储器52可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据风电机组模型的使用所创建的数据等。此外，存储器52可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器52可选包括相对于处理器51远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至风电机组模型。输入装置55可接收用户输入的计算请求(或其他数字或字符信息)，以及产生与风电机组模型有关的键信号输入。输出装置54可包括显示屏等显示设备，用以输出计算结果。
实施例7
本实施例提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储计算机指令，计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的发电机有功功率计算方法和风电机组参数计算方法。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)、随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)、快闪存储器(flashmemory)、硬盘(harddiskdrive，缩写：hdd)或固态硬盘(solid-statedrive，ssd)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
技术特征：
1.一种发电机有功功率计算方法，应用于建立风力机组模型，其特征在于，包括：
获取风力机组所处的风速、空气密度和所述风力机组的机组参数，所述机组参数包括风力机的桨叶半径、风力机的最大风能利用系数、风力机最优转矩控制中的最优转矩系数、风力机与发电机的转动惯量和、风力机的最佳叶尖速比；
根据所述风力机组所处的风速、空气密度和所述风力机组的机组参数计算最大功率点追踪控制下的发电机有功功率。
2.根据权利要求1所述的发电机有功功率计算方法，其特征在于，
通过以下公式计算所述发电机有功功率：
其中，ka＝0.5ρπr2，ρ表示所述空气密度，r表示所述风力机的桨叶半径，cp0表示所述风力机的最大风能利用系数，v0表示平均风速，v表示所述风速，kopt表示所述风力机最优转矩控制中的最优转矩系数，jsum表示所述风力机与发电机的转动惯量和，λ0表示所述风力机的最佳叶尖速比。
3.一种风电机组参数计算方法，其特征在于，包括：
获取风力机组所处的风速、空气密度和所述风力机组的机组参数，所述机组参数包括风力机的桨叶半径、风力机的最大风能利用系数、风力机最优转矩控制中的最优转矩系数、风力机与发电机的转动惯量和、风力机的最佳叶尖速比；
根据所述风力机组所处的风速、空气密度和所述风力机组的机组参数计算所述发电机在最大功率点追踪控制下的发电机有功功率；
获取最大功率点追踪控制下的发电机转速；
根据所述发电机转速和所述发电机有功功率计算机侧变换器有功功率参考值；
根据机侧容量和所述机侧有功功率参考值计算背靠背变流器无功功率参考值。
4.根据权利要求3所述的风电机组参数计算方法，其特征在于，
通过以下公式计算所述发电机有功功率：
其中，ka＝0.5ρπr2，ρ表示所述空气密度，r表示所述风力机的桨叶半径，cp0表示所述风力机的最大风能利用系数，v0表示平均风速，v表示所述风速，kopt表示所述风力机最优转矩控制中的最优转矩系数，jsum表示所述风力机与发电机的转动惯量和，λ0表示所述风力机的最佳叶尖速比。
5.根据权利要求3所述的风电机组参数计算方法，其特征在于，
所述获取最大功率点追踪控制下的发电机转速的步骤，包括：
获取所述风力机转速；
根据所述风力机组所处的风速、所述风力机转速、所述风力机与发电机的转动惯量和、以及所述风力机最优转矩控制中的最优转矩系数计算最大功率点追踪控制下的发电机转速。
6.根据权利要求5所述的风电机组参数计算方法，其特征在于，
通过以下公式计算所述发电机转速：
其中，ω0表示所述风力机转速，v0表示平均风速，v表示所述风速，kopt表示所述风力机最优转矩控制中的最优转矩系数，jsum表示所述风力机与发电机的转动惯量和。
7.根据权利要求3所述的风电机组参数计算方法，其特征在于，
所述机侧变换器有功功率参考值为：
8.一种风电机组模型，其特征在于，包括：
第一参数获取模块，用于获取风力机组所处的风速、空气密度和所述风力机组的机组参数，所述机组参数包括风力机的桨叶半径、风力机的最大风能利用系数、风力机最优转矩控制中的最优转矩系数、风力机与发电机的转动惯量和、风力机的最佳叶尖速比；
第一发电机有功功率计算模块，根据所述风力机组所处的空气密度、风速和所述风力机组的机组参数计算所述发电机在所述发电机转速下的最大功率点追踪控制下的发电机有功功率；
第一发电机转速计算模块，用于获取最大功率点追踪控制下的发电机转速；
第一背靠背交流器控制模块，用于根据所述发电机转速和所述发电机有功功率计算机侧变换器有功功率参考值；
第一背靠背变流器模块，用于根据机侧容量和所述机侧有功功率参考值计算背靠背变流器无功功率参考值；
第一发电机模块，用于根据所述背靠背变流器无功功率参考值和所述发电机转速计算发电机等效注入电网电流；
第一电网模块，用于根据所述发电机等效注入电网电流和电网网络连接计算所述发电机机端电压和电网中其他电气参数。
9.一种风电机组参数计算方法，其特征在于，包括：
获取风力机组所处的风速、空气密度和所述风力机组的机组参数，所述机组参数包括风力机的桨叶半径、风力机的最大风能利用系数、风力机最优转矩控制中的最优转矩系数、风力机与发电机的转动惯量和、风力机的最佳叶尖速比；
根据所述风力机组所处的风速、空气密度和所述风力机组的机组参数计算所述发电机在所述发电机转速下的最大功率点追踪控制下的发电机有功功率；
获取最大功率点追踪控制下的发电机转速；
根据所述发电机有功功率计算机侧变换器有功功率参考值；
根据机侧容量和所述机侧有功功率参考值计算背靠背变流器无功功率参考值。
10.根据权利要求9所述的风电机组参数计算方法，其特征在于，
通过以下公式计算所述发电机有功功率：
其中，ka＝0.5ρπr2，ρ表示所述空气密度，r表示所述风力机的桨叶半径，cp0表示所述风力机的最大风能利用系数，v0表示平均风速，v表示所述风速，kopt表示所述风力机最优转矩控制中的最优转矩系数，jsum表示所述风力机与发电机的转动惯量和，λ0表示所述风力机的最佳叶尖速比。
11.据权利要求9所述的风电机组参数计算方法，其特征在于，
所述获取最大功率点追踪控制下的发电机转速的步骤，包括：
获取所述风力机转速；
根据所述风力机组所处的风速、所述风力机转速、所述风力机与发电机的转动惯量和、以及所述风力机最优转矩控制中的最优转矩系数计算最大功率点追踪控制下的发电机转速。
12.根据权利要求11所述的风电机组参数计算方法，其特征在于，
通过以下公式计算所述发电机转速：
其中，ω0表示所述风力机转速，v0表示平均风速，v表示所述风速，kopt表示所述风力机最优转矩控制中的最优转矩系数，jsum表示所述风力机与发电机的转动惯量和。
13.根据权利要求9所述的风电机组参数计算方法，其特征在于，
所述机侧变换器有功功率参考值与所述发电机有机功率相同。
14.一种风电机组模型，其特征在于，包括：
第二参数获取模块，用于获取风力机组所处的风速、空气密度和所述风力机组的机组参数，所述机组参数包括风力机的桨叶半径、风力机的最大风能利用系数、风力机最优转矩控制中的最优转矩系数、风力机与发电机的转动惯量和、风力机的最佳叶尖速比；
第二发电机有功功率计算模块，根据所述风力机组所处的风速、空气密度和所述风力机组的机组参数计算所述发电机在所述发电机转速下的最大功率点追踪控制下的发电机有功功率；
第二发电机转速计算模块，用于获取最大功率点追踪控制下的发电机转速；
第二背靠背交流器控制模块，用于根据所述发电机有功功率计算机侧变换器有功功率参考值；
第二背靠背变流器模块，用于根据机侧容量和所述机侧有功功率参考值计算背靠背变流器无功功率参考值；
第二发电机模块，用于根据所述背靠背变流器无功功率参考值和所述发电机转速计算发电机等效注入电网电流；
第二电网模块，用于根据所述发电机等效注入电网电流和电网网络连接计算所述发电机机端电压和电网中其他电气参数。
15.一种计算机设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，从而执行如权利要求1或2所述的发电机有功功率计算方法，或，权利要求3-7中任一项所述的风电机组参数计算方法，或，权利要求9-13中任一项所述的风电机组参数计算方法。
16.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如权利要求1或2所述的发电机有功功率计算方法，或，权利要求3-7中任一项所述的风电机组参数计算方法，或，权利要求9-13中任一项所述的风电机组参数计算方法。
技术总结
本发明提供一种发电机有功功率及风电机组参数计算方法、风电机组模型，该发电机有功功率计算方法，应用于建立风力机组模型，包括：获取风力机组所处的风速、空气密度和风力机组的机组参数，机组参数包括风力机的桨叶半径、风力机的最大风能利用系数、风力机最优转矩控制中的最优转矩系数、风力机与发电机的转动惯量和、风力机的最佳叶尖速比；根据风力机组所处的风速、空气密度和风力机组的机组参数计算最大功率点追踪控制下的发电机有功功率。通过实施本发明，可以直接通过风力机组所处的风速、空气密度，以及风力机组的参数计算得出最大功率点追踪控制下的发电机有功功率，在研究风电机组并网问题时，可以通过该方法简化风电机组模型。
技术研发人员：林畅;米志伟;符杨;闫鹤鸣;贾锋;魏书荣;迟忠君;马慧远;谷怀广;刘栋
受保护的技术使用者：全球能源互联网研究院有限公司;国家电网有限公司;上海电力学院;国网北京市电力公司
技术研发日：.10.31
技术公布日：.02.28
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