(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 202210839848.8 (22)申请日 2022.07.18 (71)申请人 华北电力大 学 地址 102206 北京市昌平区回龙观北农路2 号 申请人 华能集团技 术创新中心有限公司 　 中国华能集团清洁能源技 术研究院 有限公司 (72)发明人 邹明　赵成勇　许建中　郭小江　 孙栩　 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/11(2006.01) G06Q 50/06(2012.01) G06F 113/06(2020.01) (54)发明名称 一种永磁直驱式风电机组的电磁暂态等效 建模方法 (57)摘要 本发明涉及一种永磁直驱式风电机组的电 磁暂态等效建模方法(Electromagnetic   transientequivalent  modeling  method of  permanent  magnet direct‑drive wind  turbine),包括： 1、 获取永磁同步发电机数学模 型； 2、 利用梯形积分法对永磁同步发电机 数学方 程进行离散化等效， 得到等效电路方程， 构建永 磁同步发电机的等效电路； 3、 离散化背靠背全功 率换流器直流侧电容得到其伴随电路， 列写节点 电压方程， 消去内部节点， 得到等效节点电压方 程， 最后得到换流器的6交流端子等效模型； 4、 将 发电机和换流器等效模型放入系统进行仿真解 算， 根据结果更新发电机定转子电流、 电磁转矩、 转速、 转子角和换流器内部节点信息 。 权利要求书2页 说明书10页 附图2页 CN 115270442 A 2022.11.01 CN 115270442 A 1.一种永磁直驱式风电机组的电磁暂态等效建模方法。 其特征在于， 本发明基于永磁 同步发电机详细数学模型推导和离散化， 获得永磁同步发电机的等效电路， 用于发电机外 部系统的整体求解， 再基于解算后发电机外部节 点的信息， 更新 发电机定转子电流、 电磁转 矩、 转速、 转子角信息； 离散化背靠背全功率换流器直流侧电容得到其伴 随电路， 列写其节 点电压方程， 通过快速嵌套思路， 消去内部节点， 得到等效节点电压方程， 最后得到换流器 的6交流端子等效模型。 该 方法包括以下步骤： 步骤1： 获取永磁同步发电机电磁暂态和机电暂态数学模型， 所述的数学模型包括永磁 同步发电机定转子电压方程、 定转子磁链方程、 运动方程。 其特征在于： 所述的数学模型决 定了永磁同步发电机的电磁暂态和机电暂态特性。 步骤2： 利用派克变换将步骤1所述的定转子电压方程和磁链方程转换到dq坐标系下。 联立dq坐标系下的电压方程和 磁链方程消去磁链变量， 得到dq坐标系下定转子电流 ‑电压 方程。 其特征在于： 所述的dq坐标系下定转子电流 ‑电压方程消去了磁链变量得到电流和电 压之间的关系， 方便得到其 等效电路， 以及该 方程的系数矩阵为常数， 便 于获取和处 理。 步骤3： 利用梯形积分法对步骤2所述的dq坐标系下定转子电流 ‑电压方程和步骤1所述 的运动方程进 行离散化。 通过矩阵分块和联立求解， 得到定转子电流表达式、 转速表达式和 转子角表达式， 同时将大矩阵方程转化为小矩阵方程。 其特征在于： 所述定子电流Idq0(t)、 转子电流 Ikdq(t)、 转速 ωr(t)和转子角 θ(t)表达式如下： Idq0(t)＝Gdq0(t)Udq0(t)+Idq0EQ(t‑Δt) Ikdq(t)＝Gkdq(t)Udq0(t)+IkdqEQ(t‑Δt) ωr(t)＝Kωr(t‑Δt)+M[ΔT(t)+ΔT(t ‑Δt)] 式中， Gdq0(t)和Gkdq(t)分别为定子和转子导纳矩阵； Idq0EQ(t‑Δt)和IkdqEQ(t‑Δt)分别 为定子和转子 等效电流源历史值列向量； Udq0(t)为定子电压列向量； K＝(2J ‑KDΔt)/(2J+KD Δt)为转速历史值系数； J为角转动惯量； KD为机械阻尼系数； M＝Δt/(2 J+KDΔt)为转矩增 量系数； ΔT(t ‑Δt)＝Tm(t‑Δt)‑Te(t‑Δt)为t‑Δt时刻转矩增量； ΔT(t)＝Tm(t)‑Te(t) 为t时刻转矩增量； Tm为机械转矩； Te为发电机电磁转矩。 步骤4： 根据步骤3所述定子电流表达 式， 可以得到永磁同步发电机等效电路方程， 进而 得到永磁同步发电机等效电路， 其形式为3个电流源。 其特征在于： 永磁同步发电机等效电 路方程中导纳矩阵非对称， 不满足节点导纳矩阵性质， 故采用电流源形式来等效永磁同步 发电机， 且电流源的大小由其详细离 散化数学模型方程计算得到 。 步骤5： 离散化背靠背全功率换流器直流侧电容得到其伴随电路， 列写其节点电压方 程， 通过快速嵌套思路， 消去内部节点， 得到等效节点电压方程， 最后得到换流器的6交流端 子等效模型。 其特征在于： 以背靠背 换流器两侧6个交流端子为外部节点， 直流侧2个直流节 点为内部节点对换流器整体进行等效。 步骤6： 将步骤4所述永磁同步发电机等效电路和步骤5所述背靠背全功率换流器等效 电路放入系统， 进行节点信息求解。 根据求解后外部端子信息， 更新发电机定转子电流、 电 磁转矩、 转子转速、 转子角和换流器内部节点信息 。 2.根据权利要求1所述的一种永磁直驱式风电机组的电磁暂态等效建模方法， 其特征权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115270442 A 2在于： 步骤1到步骤6， 前一个步骤是后一个步骤执行的基础， 这6个建模步骤彼此之间环环 相扣、 顺序执 行， 为一个有机的、 不可分割的整体。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115270442 A 3