控制模型，根据所述第二一阶控制模型，计算 网侧变流器功率，其中，所述网侧变流器功率即为风电机组功率。
[0049] 优选地，所述第一一阶控制模型构建子模块构建的发电机、机侧变流器及控制所 述发电机和机侧变流器的控制系统的第一一阶控制模型具体包括：
[0050]
[0051] iqs = kpM( 〇 ref_ 〇 g)+ki〇jXl
[0052] 其中，^为第一中间状态变量，Core3f为发电机参考转速，〇^为发电机转速，iqs为发 电机定子q轴电流，为PI控制器的比例系数，kw为PI控制器的积分系数。
[0053] 优选地，所述第二一阶控制模型构建子模块构建的网侧变流器及所述网侧变流器 的控制系统的第二一阶控制模型具体包括：
[0054]
[0055]
[0056] 其中，x2为第二中间状态变量，udc_ref为变流器直流电容电压参考值、udc为变流 器直流电容电压实际值，idg为风电机组注入电网有功电流，kpud。为PI控制器的比例系数， kludc为PI控制器的积分系数。
[0057] 优选地，所述仿真模块具体包括：
[0058] 接入子模块，用于将构建的所述直驱永磁风电机组模型接入电网，开始仿真；
[0059] 扰动施加子模块，用于当所述直驱永磁风电机组与所述电网进入稳态时，对风电 机组施加扰动；
[0060] 计算子模块，用于计算直驱永磁风电机组输出的风电机组输出有功功率；
[0061] 分析子模块，用于根据所述风电机组输出有功功率输入电网后引起的电网响应， 分析风电并网后对电网的影响。
[0062] 通过上述工作过程得出，本发明提供的直驱永磁风电机组的建模与仿真方案，通 过构建直驱永磁风电机组的风电机组模型，模拟风电机组的输出功率接入电网的过程，通 过该风电机组模型对并入电网的直驱永磁风电机组进行仿真，能够准确反映风电机组接入 电网时的运行特性，其中，构建的风电机组模型包括:风电机组模型，能够模拟直驱永磁风 电机组的吸收风功率的过程;三阶双质块轴系模型，能够模拟风力机与发电机的能量传递 过程；二阶桨距角控制模型，能够模拟直驱永磁风电机组的桨距角控制和伺服环节；发电 机、机侧变流器及控制发电机和机侧变流器的控制系统的第一一阶控制模型，能够模拟发 电机转速的控制过程;一阶直流电容模型，能够模拟机侧变流器与网侧变流器的功率传递 过程；网侧变流器及网侧变流器的控制系统的第二一阶控制模型，能够模拟直驱永磁风电 机组的网侧有功功率的产生和输出过程，该网侧有功功率即风电机组输出有功功率;然后 将该风电机组输出有功功率并入电网，对风电并网进行仿真，分析对电网的影响，从而实现 对大规模风电并网的仿真。本发明的技术方案通过构建直驱永磁风电机组的八阶模型，在 充分准确模拟风电机组的各个结构的运行特性的基础上，减少了计算量，提高了对风电并 网过程的仿真与分析速度，适用于风电机组的动态安全稳定分析。
【附图说明】
[0063] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使 用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动 性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0064] 图1是本发明实施例提供的一种直驱永磁风电机组的结构示意图；
[0065] 图2是本发明实施例提供的第一种直驱永磁风电机组的建模与仿真方法的流程示 意图；
[0066 ]图3是本发明实施例提供的第二种直驱永磁风电机组的建模与仿真方法的流程示 意图；
[0067] 图4是本发明实施例提供的一种叶尖速比与风能利用系数的关系图；
[0068] 图5是本发明实施例提供的一种双质块轴系的结构示意图；
[0069] 图6是本发明实施例提供的第三种直驱永磁风电机组的建模与仿真方法的流程示 意图；
[0070] 图7是本发明实施例提供的第四种直驱永磁风电机组的建模与仿真方法的流程示 意图；
[0071 ]图8是本发明实施例提供的第五种直驱永磁风电机组的建模与仿真方法的流程示 意图；
[0072] 图9是本发明实施例提供的第六种直驱永磁风电机组的建模与仿真方法的流程示 意图；
[0073] 图10是本发明实施例提供的第七种直驱永磁风电机组的建模与仿真方法的流程 示意图；
[0074] 图11是本发明实施例提供的第八种直驱永磁风电机组的建模与仿真方法的流程 示意图；
[0075] 图12是本发明实施例提供的第一种直驱永磁风电机组的建模与仿真装置的结构 示意图；
[0076] 图13是本发明实施例提供的第二种直驱永磁风电机组的建模与仿真装置的结构 示意图。
【具体实施方式】
[0077 ]本发明实施例提供的直驱永磁风电机组的建模与仿真方案，解决了现有技术中构 建的直驱永磁风电机组模型的计算量大，仿真速度慢且不能充分准确反映风电机组的主要 运行特性的问题。
[0078] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实 施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中的技术 方案作进一步详细的说明。
[0079] 请参考附图1和图2,图1是本发明实施例提供的一种直驱永磁风电机组的结构示 意图，如图1所示，风力机、轴系、发电机/机侧变流器及控制所述发电机和机侧变流器的控 制系统、变流器直流电容以及网侧变流器和控制网侧变流器的控制系统依次相连，通过传 输线路，将直驱永磁风电机组接入到电网系统中。以下实施例以图1实施例所示的直驱永磁 风电机组为总体结构进行展开说明。
[0080]图2是本发明一示例性实施例示出的第一种直驱永磁风电机组的建模与仿真方法 的流程示意图，如图2所示，本发明实施例提供的直驱永磁风电机组的建模与仿真方法包括 如下步骤：
[0081 ] S210:构建直驱永磁风电机组的风电机组模型。
[0082] S220:根据所述风电机组模型对并入电网的直驱永磁风电机组进行仿真。
[0083] 其中，构建的风电机组模型包括:风电机组模型，能够模拟直驱永磁风电机组的吸 收风功率的过程;三阶双质块轴系模型，能够模拟风力机与发电机的能量传递过程;二阶桨 距角控制模型，能够模拟直驱永磁风电机组的桨距角控制和伺服环节;发电机、机侧变流器 及控制发电机和机侧变流器的控制系统的第--阶控制模型，能够模拟发电机转速控制过 程;一阶直流电容模型，能够模拟机侧变流器与网侧变流器的功率传递过程;网侧变流器及 网侧变流器的控制系统的第二一阶控制模型，能够模拟直驱永磁风电机组的网侧有功功率 的产生和输出过程，该网侧有功功率即风电机组输出有功功率;然后将该直驱永磁风电机 组模型输出的风电机组输出有功功率并入电网后，分析直驱永磁风电机组对电网的影响， 从而实现对大规模风电并网进行仿真。
[0084] 通过上述工作过程得出，本发明提供的直驱永磁风电机组的建模与仿真方案，通 过构建直驱永磁风电机组的风电机组模型，模拟风电机组输出有功功率接入电网的过程， 最后通过该风电机组模型对并入电网的直驱永磁风电机组进行仿真，能够准确反映直驱永 磁风电机组接入电网时的运行特性，通过构建直驱永磁风电机组的八阶模型，在充分准确 地模拟风电机组的各个结构的运行特性的基础上，相对于【背景技术】中提到的十几阶甚至几 十阶的风电场模型，能够减少计算量，提高对风电并网过程的仿真与分析速度，同时，由于 本发明提供的风电机组模型，能够充分模拟风电机组并网时的各个主要结构的运行过程， 能够适用于风电机组的动态安全稳定分析。
[0085] 图3是本发明一示例性实施例示出的第二种直驱永磁风电机组的建模与仿真方法 的流程示意图。结合图1和图3所示，本发明实施例提供的直驱永磁风电机组的建模与仿真 方法为图2所示构建直驱永磁风电机组的风电机组模型的方法的具体扩展，具体包括如下 步骤：
[0086] S310:根据风速、桨距角、风力机转速和风力机机械转矩之间关系，模拟直驱永磁 风电机组的风力机吸收风功率过程，构建风力机模型;根据该风力机模型计算风力机机械 转矩，具体过程如下：
[0087]风力机的任务是完成从风能到机械功率的转化，根据风力机的空气动力学原理， 风力机输出机械功率可用公式表达：
[0088]其中，Pm是风力机输出机械功率，该风力机输出机械功率即为风力机吸收风功率， P为空气密度，JiR2为风力机扫风面积，Vw为风速。λ为叶尖速比，β为桨距角，(： Ρ(λ，β)为风能利 用系数，表征风力机运行功效，是桨距角与叶尖速比的非线性函数。根据贝兹理论可知，风 能利用系数的最大值为0.593，其值越大，表明风力机转化风能的能力越强，风力机的效率 越高。通常情况下，难以获取(：Ρ(λ，β)的准确值，可用下式表达风能利用系数：
[0089]
[0090]
[0091]上述公式中，β为桨距角；λ为桨叶尖部速度与风速之比，称为叶尖速比，A1为定义 的叶尖速比中间状态变量;桨叶速度风力机转速的对应关系如下
[0092]其中，ωΑ风力机转速，V为风速，R为风力机扫风半径。
[0093]叶尖速比与风能利用系数的关系如图4所示，由图4可以清