CN113688540B - 一种永磁直驱型风力发电机组电磁暂态模型的构建方法 - Google Patents

一种永磁直驱型风力发电机组电磁暂态模型的构建方法 Download PDF

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CN113688540B CN202111244036.0A CN202111244036A CN113688540B CN 113688540 B CN113688540 B CN 113688540B CN 202111244036 A CN202111244036 A CN 202111244036A CN 113688540 B CN113688540 B CN 113688540B
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Abstract

一种永磁直驱型风力发电机组电磁暂态模型的构建方法，该方法基于ADPSS/ETSDAC仿真平台，先分别构建风力机仿真模型、永磁同步发电机仿真模型、机侧变流器和网侧变流器控制仿真模型，再将上述模型互联，并利用ADPSS/ETSDAC中的电压源元件进行电网电压模拟，不仅为有效分析直驱型风力发电机组的动态特性、直驱型风力发电对电力系统的影响等提供基础平台，而且为风电场的电压/频率主动支撑技术提供参考依据，为实现以新能源为主体的新型电力系统提供很好的技术手段。

Description

一种永磁直驱型风力发电机组电磁暂态模型的构建方法
技术领域
本发明属于智能电网领域，具体涉及一种基于ADPSS/ETSDAC的永磁直驱型风力发电机组电磁暂态模型的构建方法。
背景技术
由于我国能源行业碳排放占全国总量的80%以上，其中电力行业碳排放在能源行业中的占比超过40%，为实现碳达峰碳中和目标，我国已明确将构建以新能源为主体的新型电力系统。从供给侧方面看，新能源将逐步发展成为装机和电量主体，近年来，我国新能源产业快速发展，截至2020年年底，我国风电、太阳能发电装机约5.3亿千瓦，占总装机容量的24%。随着能源转型步伐持续加快，预计2030年风电和太阳能发电装机达到12亿千瓦以上，规模超过煤电，成为第一大电源；到2060年前，新能源发电量占比有望超过50%，成为电量主体。
相比与太阳能发电，风力发电发展时间长、技术更成熟，且风力发电更稳定、年利用小时更高，使得风力发电应用更加广泛。为研究风电系统接入电力系统后的稳定性问题，有必要兼顾大电网仿真速度与精确模拟风电场动态特性的需求，建立风电场精细化仿真模型，以此分析其与电力系统的耦合特性。
根据时间尺度的不同，常规建模方法有电磁暂态建模和机电暂态建模。机电暂态模型则是将风电场部分进行简化处理，由于机电暂态模型是基于基波、单相、相量的模型，无法反映风电场所包含的大量绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolartransistor，IGBT)等电力电子器件的动态过程，无法满足实际工程的仿真精度需求，所以风电场一般采用电磁暂态建模。现有的电磁暂态仿真软件中应用较为广泛的包括Matlab/Simulink、PSCAD/EMTDC、RTDS以及ADPSS，其中Matlab/Simulink和PSCAD/EMTDC仿真平台不具有实时性，而RTDS为国外仿真平台，存在技术壁垒。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种基于ADPSS/ETSDAC的永磁直驱型风力发电机组电磁暂态模型的构建方法。
为实现以上目的，本发明的技术方案如下：
一种永磁直驱型风力发电机组电磁暂态模型的构建方法，该方法基于ADPSS/ETSDAC仿真平台，依次包括以下步骤：
步骤A、构建风力机仿真模型；
步骤B、构建永磁同步发电机仿真模型，该模型为三相电流源等效模型；
步骤C、分别构建机侧变流器控制仿真模型和网侧变流器控制仿真模型；
步骤D、将得到的风力机仿真模型、永磁同步电机仿真模型以及控制仿真模型互联，并利用ADPSS/ETSDAC中的电压源元件进行电网电压模拟，从而得到永磁直驱型风力发电机组电磁暂态模型。
步骤B中，所述永磁同步发电机仿真模型为：
Figure 94891DEST_PATH_IMAGE001
上式中，
Figure 480873DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 214605DEST_PATH_IMAGE003
分别为d轴、q轴电抗，t为时间，
Figure 78655DEST_PATH_IMAGE004
为定子每相电阻，
Figure 361869DEST_PATH_IMAGE005
为磁链幅 值，
Figure 653173DEST_PATH_IMAGE006
为风力机的转动惯量，
Figure 638316DEST_PATH_IMAGE007
为转动粘黏系数，
Figure 306057DEST_PATH_IMAGE008
为发电机极对数，
Figure 443778DEST_PATH_IMAGE009
为转子转速，
Figure 171562DEST_PATH_IMAGE010
为 转子电角速度，
Figure 394733DEST_PATH_IMAGE011
为风力机输出机械转矩，
Figure 79880DEST_PATH_IMAGE012
为发电机输入电磁转矩，
Figure 72107DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 236372DEST_PATH_IMAGE014
分别为d轴、q 轴电流，
Figure 946839DEST_PATH_IMAGE015
、
Figure 940072DEST_PATH_IMAGE016
分别为d轴、q轴电压。
所述永磁同步发电机仿真模型包括机械部分模型和电气部分模型，所述电气部分模型包括端电压dq变换模块、dq轴电流计算模块、park反变换模块、电磁转矩计算模块；
所述永磁同步发电机仿真模型的构建是指：先分别构建机械部分模型、端电压dq变换模块、dq轴电流计算模块、park反变换模块、电磁转矩计算模块，然后将各模块进行互联即可，其中，
所述机械部分模型的构建方法为：
以风力机输出机械转矩、发电机输入电磁转矩、转动粘黏系数、发电机极对数以及发电机转子转速作为输入，以发电机转子转速、转子电角速度作为输出，根据以下公式构建机械部分模型，并将输出结果作为反馈形成闭环：
Figure 52385DEST_PATH_IMAGE017
Figure 856393DEST_PATH_IMAGE018
所述端电压dq变换模块的构建方法为：
将永磁同步发电机的电气输出等效为三个受控电流源，先测得永磁同步发电机的 端电压
Figure 54156DEST_PATH_IMAGE019
、
Figure 352544DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure 319363DEST_PATH_IMAGE021
，然后以端电压、转子电角度
Figure 559852DEST_PATH_IMAGE022
作为输入，以dq旋转坐标系下的定子电压d 轴分量
Figure 979332DEST_PATH_IMAGE015
、q轴分量
Figure 579946DEST_PATH_IMAGE023
作为输出，根据以下公式构建端电压dq变换模块，其中，所述转子电 角度
Figure 401272DEST_PATH_IMAGE024
由转子电角速度通过积分得到：
Figure 812661DEST_PATH_IMAGE025
Figure 719437DEST_PATH_IMAGE026
Figure 359628DEST_PATH_IMAGE027
；
所述dq轴电流计算模块的构建方法为：
以定子每相电阻、d轴和q轴电压、d轴和q轴电流、d轴和q轴电感、转子电角速度、磁链幅值作为输入，以d轴和q轴电流作为输出，根据以下公式构建dq轴电流计算模块，并将输出结果作为反馈形成闭环：
Figure 301040DEST_PATH_IMAGE028
所述park反变换模块的构建方法为：
以d轴和q轴电流、转子电角度作为输入，以各受控电流源的控制电流信号作为输出，根据以下公式构建park反变换模块：
Figure 883331DEST_PATH_IMAGE029
Figure 277403DEST_PATH_IMAGE030
上式中，
Figure 219820DEST_PATH_IMAGE031
、
Figure 750158DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure 503351DEST_PATH_IMAGE033
分别为a、b、c三相电流源的控制电流信号；
所述电磁转矩计算模块的构建方法为：
以发电机极对数、磁链幅值、d轴和q轴电感、d轴和q轴电流作为输入，以发电机的输入电磁转矩作为输出，根据以下公式构建电磁转矩计算模块：
Figure 650298DEST_PATH_IMAGE034
。
步骤C中，所述机侧变流器控制仿真模型的构建依次包括以下步骤：
C1、将d轴电流的给定值
Figure 897871DEST_PATH_IMAGE035
设定为0，并根据以下公式计算最佳风能利用率下的最 优风力机输出功率和输出机械转矩：
Figure 548295DEST_PATH_IMAGE036
Figure 206810DEST_PATH_IMAGE037
上式中，
Figure 575474DEST_PATH_IMAGE038
为最优风力机输出功率，
Figure 859694DEST_PATH_IMAGE039
为最优风力机输出机械转矩，
Figure 630204DEST_PATH_IMAGE040
为空 气密度，
Figure 459620DEST_PATH_IMAGE041
为叶片半径，
Figure 315580DEST_PATH_IMAGE042
为风速，
Figure 899096DEST_PATH_IMAGE043
为最佳风能利用系数，
Figure 992954DEST_PATH_IMAGE009
为发电机转子转速；
C2、将最优风力机输出机械转矩带入以下公式中得到q轴电流的给定值
Figure 258850DEST_PATH_IMAGE044
：
Figure 320216DEST_PATH_IMAGE045
；
C3、将
Figure 962550DEST_PATH_IMAGE046
与d轴电流的实际值
Figure 176494DEST_PATH_IMAGE013
作差后输入PI控制模块，PI控制模块输出的电压 控制信号与交叉耦合电压
Figure 878871DEST_PATH_IMAGE047
作差后输出机侧变流器PWM波控制信号的d轴分量
Figure 194577DEST_PATH_IMAGE048
，同 时，将
Figure 375022DEST_PATH_IMAGE049
与q轴电流的实际值
Figure 709052DEST_PATH_IMAGE014
的偏差信号输入PI控制模块，PI控制模块输出的电压控制 信号加上交叉耦合电压
Figure 316750DEST_PATH_IMAGE050
和
Figure 618288DEST_PATH_IMAGE051
后输出机侧变流器PWM波控制信号的q轴分量
Figure 336845DEST_PATH_IMAGE052
。
所述步骤C3中，将
Figure 790960DEST_PATH_IMAGE046
与d轴电流的实际值
Figure 303981DEST_PATH_IMAGE013
作差得到的偏差信号乘以阶跃信号 t1后输入PI控制模块。
步骤C中，所述网侧变流器控制仿真模型的构建方法为：将直流电容电压给定值
Figure 63121DEST_PATH_IMAGE053
与直流电容电压实际值
Figure 585369DEST_PATH_IMAGE054
作差后输入PI控制模块，以PI控制模块输出的信号作为d 轴电流的给定值
Figure 893990DEST_PATH_IMAGE055
与d轴电流的实际值
Figure 92759DEST_PATH_IMAGE056
作差后输入下一PI控制模块，下一PI控制模块 输出的电压控制信号加上交叉耦合电压
Figure 588463DEST_PATH_IMAGE057
和
Figure 179981DEST_PATH_IMAGE058
后输出网侧变流器PWM波控制信号的d 轴分量
Figure 828263DEST_PATH_IMAGE059
，同时，q轴电流的给定值
Figure 948665DEST_PATH_IMAGE060
被设定为0，将其与q轴电流的实际值
Figure 197244DEST_PATH_IMAGE061
作差后输 入PI控制模块，
Figure 61295DEST_PATH_IMAGE062
与PI控制模块输出的电压控制信号、交叉耦合电压
Figure 328197DEST_PATH_IMAGE063
作差后输出网 侧变流器PWM波控制信号的q轴分量
Figure 885080DEST_PATH_IMAGE064
，其中，
Figure 620955DEST_PATH_IMAGE056
、
Figure 288697DEST_PATH_IMAGE061
、
Figure 905711DEST_PATH_IMAGE058
、
Figure 633495DEST_PATH_IMAGE062
由网侧线路电流以及三相电 压以电网电压为基准经dq变换得到，
Figure 591087DEST_PATH_IMAGE010
为转子电角速度，
Figure 515050DEST_PATH_IMAGE065
为网侧电感。
将所述直流电容电压给定值
Figure 241697DEST_PATH_IMAGE066
与直流电容电压实际值
Figure 140383DEST_PATH_IMAGE054
作差得到的偏差信 号乘以阶跃信号t2后输入PI控制模块；
将所述q轴电流的给定值
Figure 336003DEST_PATH_IMAGE067
与q轴电流的实际值
Figure 611127DEST_PATH_IMAGE061
作差得到的偏差信号乘以阶 跃信号t2后输入下一PI控制模块。
所述步骤A依次包括以下步骤：
A1、以发电机转子转速、叶片半径、风速以及桨距角作为输入，基于下列公式构建风能利用系数计算模块：
Figure 723439DEST_PATH_IMAGE068
上式中，
Figure 261868DEST_PATH_IMAGE069
为发电机转子转速，
Figure 708899DEST_PATH_IMAGE041
为叶片半径，
Figure 990976DEST_PATH_IMAGE042
为风速，
Figure 957795DEST_PATH_IMAGE070
为叶尖速比，
Figure 417857DEST_PATH_IMAGE071
为桨距 角，
Figure 102916DEST_PATH_IMAGE072
为中间参数，
Figure 454263DEST_PATH_IMAGE073
为风能利用系数；
A2、以风能利用系数、空气密度、叶片半径、风速以及发电机转子转速作为输入，基于下列公式构建风力机输出功率及机械转矩计算模块：
Figure 275589DEST_PATH_IMAGE074
Figure 936246DEST_PATH_IMAGE075
上式中，
Figure 843022DEST_PATH_IMAGE076
为空气密度，
Figure 732481DEST_PATH_IMAGE077
为风力机输出功率，
Figure 159045DEST_PATH_IMAGE078
为风力机输出机械转矩，
Figure 475757DEST_PATH_IMAGE079
、
Figure 869829DEST_PATH_IMAGE080
分别为风力机工作的风速最小、最大值。
A3、将风能利用系数计算模块与风力机输出功率及转矩计算模块进行互联，以得到风力机仿真模型。
步骤D中，所述电网电压模拟包括：采用电阻元件、电感元件以及电容元件对输电线路以及滤波器进行模拟，采用IGBT半桥开关器件对机侧变流器以及网侧变流器进行模拟。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明一种永磁直驱型风力发电机组电磁暂态模型的构建方法基于ADPSS/ETSDAC仿真平台，先分别构建风力机仿真模型、永磁同步发电机仿真模型、机侧变流器和网侧变流器控制仿真模型，再将上述模型互联，并利用ADPSS/ETSDAC中的电压源元件进行电网电压模拟，该方法不仅为有效分析直驱型风力发电机组的动态特性、直驱型风力发电对电力系统的影响等提供了基础平台，而且为风电场的电压/频率主动支撑技术提供了参考依据，为实现以新能源为主体的新型电力系统提供了很好的技术手段。
2、本发明一种永磁直驱型风力发电机组电磁暂态模型的构建方法将永磁直驱风机发电机组拆分为多个模块，一方面，鉴于ADPSS平台上没有现成的相关模块供参考，本设计采用先对每个模块分别进行开环设计最终形成闭环的方式，以保证所构建模块的正确性，另一方面，针对在闭环中若某一信号既是输入又是输出、计算模块就不知道该从何处开始计算的问题，本设计在形成闭环时并未使用in、out输入输出节点，而是将输出信号直接连接到输入端口，再加上所选用的积分模块存在积分初值，从而保证了闭环计算的顺利进行。
3、本发明一种永磁直驱型风力发电机组电磁暂态模型的构建方法通过在PI控制模块前增加一乘法器模块，用时间信号t1或t2乘以输入实现输入信号有或为0，从而达到了机侧、网侧的分时段投入控制的目的。
附图说明
图1为永磁直驱型风力发电机组的结构示意图。
图2为机械部分模型的示意图。
图3为dq轴电流计算模块的示意图。
图4为各模块的互联框图。
图5为机侧变流器的控制结构框图。
图6为网侧变流器的控制结构框图。
图7为直流电容电压随时间的变化图。
图8为无功功率随时间的变化图。
图9为风力机的叶尖速比随时间的变化图。
图10为有功功率随时间的变化图。
图11为永磁同步电电机输出电流随时间的变化图。
图12为网侧电流随时间的变化图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式以及附图对本发明作进一步详细的说明。
参见图1-图6，一种永磁直驱型风力发电机组电磁暂态模型的构建方法，该方法基于ADPSS/ETSDAC仿真平台，依次包括以下步骤：
步骤A、构建风力机仿真模型；
步骤B、构建永磁同步发电机仿真模型，该模型为三相电流源等效模型；
步骤C、分别构建机侧变流器控制仿真模型和网侧变流器控制仿真模型；
步骤D、将得到的风力机仿真模型、永磁同步电机仿真模型以及控制仿真模型互联，并利用ADPSS/ETSDAC中的电压源元件进行电网电压模拟，从而得到永磁直驱型风力发电机组电磁暂态模型。
步骤B中，所述永磁同步发电机仿真模型为：
Figure 562979DEST_PATH_IMAGE001
上式中，
Figure 608164DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 361356DEST_PATH_IMAGE003
分别为d轴、q轴电抗，t为时间，
Figure 242725DEST_PATH_IMAGE004
为定子每相电阻，
Figure 739565DEST_PATH_IMAGE005
为磁链幅 值，
Figure 389989DEST_PATH_IMAGE006
为风力机的转动惯量，
Figure 82394DEST_PATH_IMAGE007
为转动粘黏系数，
Figure 451058DEST_PATH_IMAGE008
为发电机极对数，
Figure 486010DEST_PATH_IMAGE009
为转子转速，
Figure 990941DEST_PATH_IMAGE010
为 转子电角速度，
Figure 335203DEST_PATH_IMAGE011
为风力机输出机械转矩，
Figure 191164DEST_PATH_IMAGE012
为发电机输入电磁转矩，
Figure 764228DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 654823DEST_PATH_IMAGE014
分别为d轴、q 轴电流，
Figure 405873DEST_PATH_IMAGE015
、
Figure 483550DEST_PATH_IMAGE016
分别为d轴、q轴电压。
所述永磁同步发电机仿真模型包括机械部分模型和电气部分模型，所述电气部分模型包括端电压dq变换模块、dq轴电流计算模块、park反变换模块、电磁转矩计算模块；
所述永磁同步发电机仿真模型的构建是指：先分别构建机械部分模型、端电压dq变换模块、dq轴电流计算模块、park反变换模块、电磁转矩计算模块，然后将各模块进行互联即可，其中，
所述机械部分模型的构建方法为：
以风力机输出机械转矩、发电机输入电磁转矩、转动粘黏系数、发电机极对数以及发电机转子转速作为输入，以发电机转子转速、转子电角速度作为输出，根据以下公式构建机械部分模型，并将输出结果作为反馈形成闭环：
Figure 125884DEST_PATH_IMAGE017
Figure 605407DEST_PATH_IMAGE018
所述端电压dq变换模块的构建方法为：
将永磁同步发电机的电气输出等效为三个受控电流源，先测得永磁同步发电机的 端电压
Figure 25893DEST_PATH_IMAGE019
、
Figure 748123DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure 662990DEST_PATH_IMAGE021
，然后以端电压、转子电角度
Figure 262598DEST_PATH_IMAGE022
作为输入，以dq旋转坐标系下的定子电压d 轴分量
Figure 119565DEST_PATH_IMAGE015
、q轴分量
Figure 171835DEST_PATH_IMAGE023
作为输出，根据以下公式构建端电压dq变换模块，其中，所述转子电 角度
Figure 890392DEST_PATH_IMAGE024
由转子电角速度通过积分得到：
Figure 298502DEST_PATH_IMAGE081
Figure 77102DEST_PATH_IMAGE026
Figure 616668DEST_PATH_IMAGE027
；
所述dq轴电流计算模块的构建方法为：
以定子每相电阻、d轴和q轴电压、d轴和q轴电流、d轴和q轴电感、转子电角速度、磁链幅值作为输入，以d轴和q轴电流作为输出，根据以下公式构建dq轴电流计算模块，并将输出结果作为反馈形成闭环：
Figure 138916DEST_PATH_IMAGE028
所述park反变换模块的构建方法为：
以d轴和q轴电流、转子电角度作为输入，以各受控电流源的控制电流信号作为输出，根据以下公式构建park反变换模块：
Figure 696805DEST_PATH_IMAGE029
Figure 646306DEST_PATH_IMAGE030
上式中，
Figure 407589DEST_PATH_IMAGE031
、
Figure 999107DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure 641529DEST_PATH_IMAGE033
分别为a、b、c三相电流源的控制电流信号；
所述电磁转矩计算模块的构建方法为：
以发电机极对数、磁链幅值、d轴和q轴电感、d轴和q轴电流作为输入，以发电机的输入电磁转矩作为输出，根据以下公式构建电磁转矩计算模块：
Figure 27511DEST_PATH_IMAGE034
。
步骤C中，所述机侧变流器控制仿真模型的构建依次包括以下步骤：
C1、将d轴电流的给定值
Figure 276090DEST_PATH_IMAGE046
设定为0，并根据以下公式计算最佳风能利用率下的 最优风力机输出功率和输出机械转矩：
Figure 140141DEST_PATH_IMAGE036
Figure 407043DEST_PATH_IMAGE037
上式中，
Figure 963926DEST_PATH_IMAGE038
为最优风力机输出功率，
Figure 699801DEST_PATH_IMAGE039
为最优风力机输出机械转矩，
Figure 101964DEST_PATH_IMAGE082
为空 气密度，
Figure 396941DEST_PATH_IMAGE041
为叶片半径，
Figure 373993DEST_PATH_IMAGE042
为风速，
Figure 331585DEST_PATH_IMAGE043
为最佳风能利用系数，
Figure 803017DEST_PATH_IMAGE009
为发电机转子转速；
C2、将最优风力机输出机械转矩带入以下公式中得到q轴电流的给定值
Figure 795244DEST_PATH_IMAGE044
：
Figure 179083DEST_PATH_IMAGE045
；
C3、将
Figure 889550DEST_PATH_IMAGE083
与d轴电流的实际值
Figure 899095DEST_PATH_IMAGE013
作差后输入PI控制模块，PI控制模块输出的电压 控制信号与交叉耦合电压
Figure 745828DEST_PATH_IMAGE084
作差后输出机侧变流器PWM波控制信号的d轴分量
Figure 330262DEST_PATH_IMAGE085
，同 时，将
Figure 262446DEST_PATH_IMAGE044
与q轴电流的实际值
Figure 75681DEST_PATH_IMAGE014
的偏差信号输入PI控制模块，PI控制模块输出的电压控制 信号加上交叉耦合电压
Figure 42500DEST_PATH_IMAGE086
和
Figure 768142DEST_PATH_IMAGE087
后输出机侧变流器PWM波控制信号的q轴分量
Figure 453201DEST_PATH_IMAGE052
。
所述步骤C3中，将
Figure 804548DEST_PATH_IMAGE046
与d轴电流的实际值
Figure 625873DEST_PATH_IMAGE013
作差得到的偏差信号乘以阶跃信号 t1后输入PI控制模块。
步骤C中，所述网侧变流器控制仿真模型的构建方法为：将直流电容电压给定值
Figure 20951DEST_PATH_IMAGE053
与直流电容电压实际值
Figure 927728DEST_PATH_IMAGE054
作差后输入PI控制模块，以PI控制模块输出的信号作为d 轴电流的给定值
Figure 348345DEST_PATH_IMAGE055
与d轴电流的实际值
Figure 24177DEST_PATH_IMAGE056
作差后输入下一PI控制模块，下一PI控制模块 输出的电压控制信号加上交叉耦合电压
Figure 606468DEST_PATH_IMAGE088
和
Figure 745413DEST_PATH_IMAGE058
后输出网侧变流器PWM波控制信号的d 轴分量
Figure 438562DEST_PATH_IMAGE059
，同时，q轴电流的给定值
Figure 234480DEST_PATH_IMAGE060
被设定为0，将其与q轴电流的实际值
Figure 987672DEST_PATH_IMAGE061
作差后输 入PI控制模块，
Figure 118308DEST_PATH_IMAGE062
与PI控制模块输出的电压控制信号、交叉耦合电压
Figure 615149DEST_PATH_IMAGE063
作差后输出网 侧变流器PWM波控制信号的q轴分量
Figure 265573DEST_PATH_IMAGE064
，其中，
Figure 189667DEST_PATH_IMAGE056
、
Figure 309063DEST_PATH_IMAGE061
、
Figure 344016DEST_PATH_IMAGE058
、
Figure 848946DEST_PATH_IMAGE062
由网侧线路电流以及三相电 压以电网电压为基准经dq变换得到，
Figure 943941DEST_PATH_IMAGE010
为转子电角速度，
Figure 783590DEST_PATH_IMAGE065
为网侧电感。
将所述直流电容电压给定值
Figure 887812DEST_PATH_IMAGE066
与直流电容电压实际值
Figure 512829DEST_PATH_IMAGE054
作差得到的偏差信 号乘以阶跃信号t2后输入PI控制模块；
将所述q轴电流的给定值
Figure 778725DEST_PATH_IMAGE067
与q轴电流的实际值
Figure 856402DEST_PATH_IMAGE061
作差得到的偏差信号乘以阶 跃信号t2后输入下一PI控制模块。
所述步骤A依次包括以下步骤：
A1、以发电机转子转速、叶片半径、风速以及桨距角作为输入，基于下列公式构建风能利用系数计算模块：
Figure 983890DEST_PATH_IMAGE089
上式中，
Figure 463412DEST_PATH_IMAGE069
为发电机转子转速，
Figure 900210DEST_PATH_IMAGE041
为叶片半径，
Figure 730763DEST_PATH_IMAGE042
为风速，
Figure 160476DEST_PATH_IMAGE070
为叶尖速比，
Figure 760085DEST_PATH_IMAGE071
为桨距 角，
Figure 367783DEST_PATH_IMAGE072
为中间参数，
Figure 154474DEST_PATH_IMAGE073
为风能利用系数；
A2、以风能利用系数、空气密度、叶片半径、风速以及发电机转子转速作为输入，基于下列公式构建风力机输出功率及机械转矩计算模块：
Figure 889343DEST_PATH_IMAGE074
Figure 609037DEST_PATH_IMAGE090
上式中，
Figure 387637DEST_PATH_IMAGE076
为空气密度，
Figure 661624DEST_PATH_IMAGE077
为风力机输出功率，
Figure 183872DEST_PATH_IMAGE078
为风力机输出机械转矩，
Figure 741761DEST_PATH_IMAGE079
、
Figure 691263DEST_PATH_IMAGE080
分别为风力机工作的风速最小、最大值。
A3、将风能利用系数计算模块与风力机输出功率及转矩计算模块进行互联，以得到风力机仿真模型。
步骤D中，所述电网电压模拟包括：采用电阻元件、电感元件以及电容元件对输电线路以及滤波器进行模拟，采用IGBT半桥开关器件对机侧变流器以及网侧变流器进行模拟。
本发明的原理说明如下：
本发明提供了一种永磁直驱型风力发电机组电磁暂态模型的构建方法，该方法可以为研究新能源电源动态特性、新能源电源对电力系统的影响、电网对新能源电源的调控提供良好的实验平台。由于直驱永磁风力发电系统结构主要由风力机、永磁同步发电机、机侧变流器、网侧变流器、机侧和网侧控制系统等组成，本发明分别对各组成部分进行仿真建模，具体为：
风力机仿真模型的建模：
该模型利用ADPSS/ETSDAC中的基本函数运算中的元件实现输入输出的数学关系，并由限幅元件将风能利用系数的输出限制在-0.01和0.5之间，且限幅元件另外在模块间设置了风速切入切出量，运用其他功能模块中的比较器元件实现输入风速的上下限与实际风速的比较，当风速不在该区间内时，风力机模型不工作。
永磁同步发电机仿真模型的建模：
本发明将永磁同步发电机分为电气部分与机械部分，而电气部分又分为输出部分与机理部分，永磁同步电机电气输出部分用ADPSS/ETSDAC继电保护和电源中的三个受控电流源等效。电气机理部分模型的建立过程中，采用转子磁场定向，对转子电角速度积分得到电角度，运用基本函数运算元件搭建park变换模块，由测得的永磁同步电机三相电压得到dq轴电压，随后依次搭建计算部分并通过传递函数中的积分模块得到dq轴电流、搭建park反变换模块得到三个受控电流源的控制信号、搭建计算公式得到电磁转矩。机械部分建模的输出为转子的转速，由电机的电磁转矩减去风力机的机械转矩以及考虑到的传动损耗并运用积分模块对结果进行积分后除以风机的转动惯量得到。
机侧变流器控制仿真模型的建模：
永磁直驱同步发电机常采用表贴式PMSG，目前主要采用转子磁场定向的矢量控制技术实现对该类电机的控制，电机d轴、q轴电流分别用以控制输出无功以及转速，本发明控制电机定子电流d轴分量为0即输出无功为0，当风速变化时，通过控制电机定子电流q轴分量可实现对最佳转速的跟踪，使其始终保持最佳叶尖速比运行即可实现对发电机电磁功率和输出有功功率的准确控制，进而实现永磁直驱风力发电机的最佳风能跟踪控制。
实现机侧控制时输入为dq轴电流实际值与给定值，q轴电流给定值跟踪最大风能利用率情况下的电流给定值，首先假定最大风能利用率，反推出最大风能利用率情况下的最优转矩以及此时的q轴电流给定值，将得到的q轴电流给定值与实际值进行比较，经PI控制并加上交叉耦合电压最终输出机侧dq轴电压。
网侧变流器控制仿真模型的建模：
对于网侧变换器，采用基于电网电压定向的矢量控制策略实现直流链电压控制和并网无功控制。网侧的d轴电流与输入电网的有功成正比，用以控制直流电容电压，而q轴电流的给定值则与无功相关，对dq轴电流分别进行PI调控得到控制电压并加上交叉耦合电压得到网侧dq轴电压。为充分利用变换器输入功率的变化信息，本发明在直流电压调节环输出的基础上增加反映发电机输出有功功率的前馈量，一起构成内环d轴电流给定，从而实现风速变化时网侧变换器d轴电流的迅速变化，及时将发电机输出的有功功率输入电网。
实现电网侧控制时输入为电容电压实际值与给定值以及dq轴电流实际值与给定值，电容电压实际值经基本函数运算中的减法器与给定值进行比较计算出误差，然后通过PI控制得到对应的网侧d轴电流的给定值，q轴电流给定值为0以控制网侧输出全为有功。
实施例1：
一种如图1所示永磁直驱型风力发电机组的电磁暂态模型构建方法，该方法基于ADPSS/ETSDAC仿真平台，依次按照以下步骤进行：
1、构建风力机仿真模型
1.1、采用ADPSS中的运算函数元件，以发电机转子转速、叶片半径、风速以及桨距角作为输入，基于下列公式构建风能利用系数计算模块：
Figure 983704DEST_PATH_IMAGE089
上式中，
Figure 44064DEST_PATH_IMAGE069
为发电机转子转速，
Figure 952065DEST_PATH_IMAGE041
为叶片半径，
Figure 338047DEST_PATH_IMAGE042
为风速，
Figure 586625DEST_PATH_IMAGE070
为叶尖速比，
Figure 450676DEST_PATH_IMAGE071
为桨距 角，
Figure 983158DEST_PATH_IMAGE072
为中间参数，
Figure 274462DEST_PATH_IMAGE073
为风能利用系数；
1.2、采用ADPSS中的运算函数元件，以风能利用系数、空气密度、叶片半径、风速以及发电机转子转速作为输入，基于下列公式构建风力机输出功率及机械转矩计算模块：
Figure 10336DEST_PATH_IMAGE074
Figure 678078DEST_PATH_IMAGE075
上式中，
Figure 81378DEST_PATH_IMAGE040
为空气密度，
Figure 294315DEST_PATH_IMAGE077
为风力机输出功率，
Figure 517486DEST_PATH_IMAGE078
为风力机输出机械转矩，
Figure 988919DEST_PATH_IMAGE079
、
Figure 981146DEST_PATH_IMAGE080
分别为风力机工作的风速最小、最大值；
1.3、将风能利用系数计算模块与风力机输出功率及转矩计算模块进行互联，以构建得到风力机仿真模型；
2、构建永磁同步发电机仿真模型，所述永磁同步发电机仿真模型包括机械部分模型和电气部分模型，所述电气部分模型包括端电压dq变换模块、dq轴电流计算模块、park反变换模块、电磁转矩计算模块，具体构建方法为：
2.1、分别构建机械部分模型、端电压dq变换模块、dq轴电流计算模块、park反变换模块、电磁转矩计算模块，其中，
所述机械部分模型的构建方法为：
以风力机输出机械转矩、发电机输入电磁转矩、转动粘黏系数、发电机极对数以及发电机转子转速作为输入，以发电机转子转速、转子电角速度作为输出，运用ADPSS中的代数运算元件，根据以下公式构建如图2所示的机械部分模型：
Figure 863520DEST_PATH_IMAGE091
Figure 573987DEST_PATH_IMAGE018
上式中，
Figure 849111DEST_PATH_IMAGE069
为转子转速，
Figure 695844DEST_PATH_IMAGE010
为转子电角速度，
Figure 516163DEST_PATH_IMAGE011
为风力机输出机械转矩，
Figure 448347DEST_PATH_IMAGE092
为发 电机输入电磁转矩，
Figure 261583DEST_PATH_IMAGE093
为风力机的转动惯量，
Figure 962822DEST_PATH_IMAGE094
为转动粘黏系数，
Figure 452578DEST_PATH_IMAGE008
为发电机极对数，t为时 间；
所述端电压dq变换模块的构建方法为：
将永磁同步发电机的电气输出等效为三个受控电流源，先测得永磁同步发电机的 端电压
Figure 872058DEST_PATH_IMAGE019
、
Figure 223405DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure 310310DEST_PATH_IMAGE095
，然后以端电压、转子电角度
Figure 721700DEST_PATH_IMAGE022
作为输入，以dq旋转坐标系下的定子电压d 轴分量
Figure 582471DEST_PATH_IMAGE015
、q轴分量
Figure 737509DEST_PATH_IMAGE023
作为输出，运用ADPSS中的代数运算以及基本函数元件，根据以下公 式构建端电压dq变换模块，其中，所述转子电角度
Figure 662608DEST_PATH_IMAGE096
由转子电角速度通过积分得到，线路电 压
Figure 244899DEST_PATH_IMAGE097
、
Figure 638971DEST_PATH_IMAGE098
由端电压
Figure 597700DEST_PATH_IMAGE019
、
Figure 393618DEST_PATH_IMAGE099
、
Figure 462041DEST_PATH_IMAGE095
转换而成：
Figure 343410DEST_PATH_IMAGE025
Figure 840250DEST_PATH_IMAGE026
Figure 490674DEST_PATH_IMAGE027
；
所述dq轴电流计算模块的构建方法为：
以定子每相电阻、d轴和q轴电压、d轴和q轴电流、d轴和q轴电感、转子电角速度、磁链幅值作为输入，以d轴和q轴电流作为输出，运用ADPSS中的代数运算元件，根据以下定子电压回路方程构建如图3所示的dq轴电流计算模块，并将输出结果作为反馈形成闭环：
Figure 664036DEST_PATH_IMAGE028
上式中，
Figure 767121DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 802073DEST_PATH_IMAGE003
分别为d轴、q轴电抗，t为时间，
Figure 838162DEST_PATH_IMAGE004
为定子每相电阻，
Figure 418310DEST_PATH_IMAGE005
为磁链幅 值，
Figure 477533DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 316176DEST_PATH_IMAGE014
分别为d轴、q轴电流，
Figure 675613DEST_PATH_IMAGE100
、
Figure 941510DEST_PATH_IMAGE016
分别为d轴、q轴电压，
Figure 19187DEST_PATH_IMAGE010
为转子电角速度；
所述park反变换模块的构建方法为：
以d轴和q轴电流、转子电角度作为输入，以各受控电流源的控制电流信号作为输出，运用ADPSS中的代数运算元件，根据以下公式构建park反变换模块：
Figure 146674DEST_PATH_IMAGE029
Figure 485252DEST_PATH_IMAGE030
上式中，
Figure 604605DEST_PATH_IMAGE031
、
Figure 904000DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure 818866DEST_PATH_IMAGE033
分别为a、b、c三相电流源的控制电流信号；
所述电磁转矩计算模块的构建方法为：
以发电机极对数、磁链幅值、d轴和q轴电感、d轴和q轴电流作为输入，以发电机的输入电磁转矩作为输出，运用ADPSS中的代数运算元件，根据以下公式构建电磁转矩计算模块：
Figure 871005DEST_PATH_IMAGE034
；
2.2、将上述各模块互联以构建永磁同步发电机仿真模型，各模块的互联关系如图4所示；
3、构建机侧变流器控制仿真模型
3.1、构建电流内环以得到dq轴电流的给定值，将d轴电流的给定值
Figure 478703DEST_PATH_IMAGE101
设定为0以 控制机侧输出无功为0，并根据以下公式计算最佳风能利用率下的最优风力机输出功率和 输出机械转矩、q轴电流，并将计算得到q轴电流值作为q轴电流的给定值
Figure 530973DEST_PATH_IMAGE049
：
Figure 265842DEST_PATH_IMAGE102
Figure 188799DEST_PATH_IMAGE103
Figure 967399DEST_PATH_IMAGE104
上式中，
Figure 756232DEST_PATH_IMAGE105
为最优风力机输出功率，
Figure 278480DEST_PATH_IMAGE039
为最优风力机输出机械转矩，
Figure 852681DEST_PATH_IMAGE082
为空 气密度，
Figure 802183DEST_PATH_IMAGE041
为叶片半径，
Figure 829044DEST_PATH_IMAGE042
为风速，
Figure 640137DEST_PATH_IMAGE043
为最佳风能利用系数，
Figure 803265DEST_PATH_IMAGE009
为发电机转子转速；
3.2、参见图5，构建电压外环，
Figure 189247DEST_PATH_IMAGE046
与d轴电流的实际值
Figure 437826DEST_PATH_IMAGE013
作差后输入PI控制模块， PI控制模块输出的电压控制信号与交叉耦合电压
Figure 816723DEST_PATH_IMAGE106
作差后输出机侧变流器PWM波控制 信号的d轴分量
Figure 99937DEST_PATH_IMAGE048
，同时，将
Figure 391241DEST_PATH_IMAGE049
与q轴电流的实际值
Figure 127116DEST_PATH_IMAGE014
的偏差信号输入PI控制模块，PI控 制模块输出的电压控制信号加上交叉耦合电压
Figure 545590DEST_PATH_IMAGE107
和
Figure 683310DEST_PATH_IMAGE108
后输出机侧变流器PWM波控 制信号的q轴分量
Figure 145516DEST_PATH_IMAGE052
，以此实现永磁直驱风力发电机的最佳风能跟踪控制；
4、构建网侧变流器控制仿真模型
参见图6，将直流电容电压给定值
Figure 368686DEST_PATH_IMAGE066
与直流电容电压实际值
Figure 823807DEST_PATH_IMAGE054
作差后输入PI 控制模块，以PI控制模块输出的信号作为d轴电流的给定值
Figure 81613DEST_PATH_IMAGE055
与d轴电流的实际值
Figure 980299DEST_PATH_IMAGE056
作差 后输入下一PI控制模块，下一PI控制模块输出的电压控制信号加上交叉耦合电压
Figure 690766DEST_PATH_IMAGE057
和
Figure 434731DEST_PATH_IMAGE058
后输出网侧变流器PWM波控制信号的d轴分量
Figure 291917DEST_PATH_IMAGE059
，同时，q轴电流的给定值
Figure 95925DEST_PATH_IMAGE067
被设定为 0，将其与q轴电流的实际值
Figure 293688DEST_PATH_IMAGE061
作差后输入PI控制模块，
Figure 106923DEST_PATH_IMAGE109
与PI控制模块输出的电压控制信 号、交叉耦合电压
Figure 323010DEST_PATH_IMAGE110
作差后输出网侧变流器PWM波控制信号的q轴分量
Figure 563498DEST_PATH_IMAGE064
，以此实现 电容电压控制以及功率解耦控制，其中，
Figure 982978DEST_PATH_IMAGE056
、
Figure 334325DEST_PATH_IMAGE061
、
Figure 906383DEST_PATH_IMAGE058
、
Figure 317773DEST_PATH_IMAGE062
由网侧线路电流以及三相电压以电 网电压为基准经dq变换得到，
Figure 224549DEST_PATH_IMAGE065
为网侧电感；
5、将得到的风力机仿真模型、永磁同步电机仿真模型以及控制仿真模型互联，并利用ADPSS/ETSDAC中的电压源元件进行电网电压模拟，从而得到永磁直驱型风力发电机组电磁暂态模型，其中，所述电网电压模拟包括：采用电阻元件、电感元件以及电容元件对输电线路以及滤波器进行模拟，采用IGBT半桥开关器件对机侧变流器以及网侧变流器进行模拟。
为验证本发明所述建模方法的有效性，进行如下试验：
仿真模型选取各参数为：环境空气密度
Figure 114008DEST_PATH_IMAGE082
为1.225kg/m3，风轮叶片半径
Figure 304686DEST_PATH_IMAGE041
为 33.05m，转动粘黏系数
Figure 886978DEST_PATH_IMAGE007
为0.1N·s /m3，风机转动惯量
Figure 281050DEST_PATH_IMAGE006
为35000 kg·m2，磁链幅值
Figure 239779DEST_PATH_IMAGE005
为 1.48Wb，定子电阻
Figure 770117DEST_PATH_IMAGE004
为0.006
Figure 274042DEST_PATH_IMAGE111
，d、q轴电抗
Figure 155410DEST_PATH_IMAGE112
、
Figure 652251DEST_PATH_IMAGE113
均为0.3mH，极对数
Figure 302675DEST_PATH_IMAGE114
为48，运行时桨距 角
Figure 476036DEST_PATH_IMAGE115
定为0°不变，网侧电感
Figure 844700DEST_PATH_IMAGE116
为0.2mH，风场接受到恒定风速12m/s。
控制过程如下：初始时刻变流器不进行控制，0.5s时控制直流侧充电，机侧不接收功率，网侧控制注入功率的功率因素恒为1，1s时启动机侧控制，开始接收并捕获最大风能，稳定的向电网输送有功功率。
0.5s时，网侧控制器控制电容电压开始充电，并且控制注入电网无功功率为0。电容电压给定值为1400V，可以看到电容电压达到给定值并保持稳定，1s时开始捕获风能并进行最大风能跟踪，并维持电容电压的稳定，具体波形如图7、8所示。
1s时机侧控制器开始投入，d轴电流的给定值为0，q轴电流用以跟踪最大风能捕获情况下的转矩，从而调整转子转速，使风机达到最佳尖速比，捕获最大风能；同时网侧控制器稳定地向电网输送有功功率，均在约2s时达到稳定，具体波形如图9、10所示。
对应的电机输出电流幅值在约2s时达到稳定，网侧逆变出的电流同时稳定在1.7kA，最终网侧输出功率也如图10稳定在1.45MW，由于设定的逆变功率因数为1，故输出全为有功功率，具体波形如图11、12所示。
通过以上仿真结果分析可知，风机在开始接受风能约1s后即达到了最大风能跟 踪，且通过控制
Figure 879653DEST_PATH_IMAGE117
、
Figure 650162DEST_PATH_IMAGE118
使得输出无功功率为0，实现了有功功率和无功功率的解耦控制，完 整地在ADPSS/ETSDAC平台上实现了永磁直驱风力发电系统的功能。

Claims (3)

1.一种永磁直驱型风力发电机组电磁暂态模型的构建方法，其特征在于：
所述方法基于ADPSS/ETSDAC仿真平台，依次包括以下步骤：
步骤A、构建风力机仿真模型；
步骤B、构建永磁同步发电机仿真模型，该模型为三相电流源等效模型：
Figure FDA0003385142100000011
上式中，Ld、Lq分别为d轴、q轴电抗，t为时间，Rs为定子每相电阻，ψf为磁链幅值，J为风力机的转动惯量，Bm为转动粘黏系数，p为发电机极对数，ωm为转子转速，ωe为转子电角速度，Tm为风力机输出机械转矩，Te为发电机输入电磁转矩，Id、Iq分别为d轴、q轴电流，ud、uq分别为d轴、q轴电压；
所述永磁同步发电机仿真模型包括机械部分模型和电气部分模型，所述电气部分模型包括端电压dq变换模块、dq轴电流计算模块、park反变换模块、电磁转矩计算模块，具体构建方法为：先分别构建机械部分模型、端电压dq变换模块、dq轴电流计算模块、park反变换模块、电磁转矩计算模块，然后将各模块进行互联，其中，
所述机械部分模型的构建方法为：
以风力机输出机械转矩、发电机输入电磁转矩、转动粘黏系数、发电机极对数以及发电机转子转速作为输入，以发电机转子转速、转子电角速度作为输出，根据以下公式构建机械部分模型，并将输出结果作为反馈形成闭环：
Figure FDA0003385142100000012
ωe＝ωm·p
所述端电压dq变换模块的构建方法为：
将永磁同步发电机的电气输出等效为三个受控电流源，先测得永磁同步发电机的端电压ua、ub、uc，然后以端电压、转子电角度θ作为输入，以dq旋转坐标系下的定子电压d轴分量ud、q轴分量uq作为输出，根据以下公式构建端电压dq变换模块，其中，所述转子电角度θ由转子电角速度通过积分得到：
Figure FDA0003385142100000021
uab＝ua-ub
ubc＝ub-uC；
所述dq轴电流计算模块的构建方法为：
以定子每相电阻、d轴和q轴电压、d轴和q轴电流、d轴和q轴电感、转子电角速度、磁链幅值作为输入，以d轴和q轴电流作为输出，根据以下公式构建dq轴电流计算模块，并将输出结果作为反馈形成闭环：
Figure FDA0003385142100000022
所述park反变换模块的构建方法为：
以d轴和q轴电流、转子电角度作为输入，以各受控电流源的控制电流信号作为输出，根据以下公式构建park反变换模块：
Figure FDA0003385142100000023
Ic＝-Ia-Ib
上式中，Ia、Ib、Ic分别为a、b、c三相电流源的控制电流信号；
所述电磁转矩计算模块的构建方法为：
以发电机极对数、磁链幅值、d轴和q轴电感、d轴和q轴电流作为输入，以发电机的输入电磁转矩作为输出，根据以下公式构建电磁转矩计算模块：
Figure FDA0003385142100000031
步骤C、分别构建机侧变流器控制仿真模型和网侧变流器控制仿真模型，其中，所述机侧变流器控制仿真模型的构建依次包括以下步骤：
C1、将d轴电流的给定值Idref设定为0，并根据以下公式计算最佳风能利用率下的最优风力机输出功率和输出机械转矩：
Figure FDA0003385142100000032
Figure FDA0003385142100000033
上式中，Pm-opt为最优风力机输出功率，Tm-opt为最优风力机输出机械转矩，ρ为空气密度，R为叶片半径，v为风速，Cp-opt为最佳风能利用系数，ωm为发电机转子转速；
C2、将最优风力机输出机械转矩带入以下公式中得到q轴电流的给定值Iqref：
Tm-opt＝1.5pIqrefΨf；
C3、将Idref与d轴电流的实际值Id作差得到的偏差信号乘以阶跃信号t1后输入PI控制模块，PI控制模块输出的电压控制信号与交叉耦合电压ωeLqIq作差后输出机侧变流器PWM波控制信号的d轴分量umd，同时，将Iqref与q轴电流的实际值Iq的偏差信号输入PI控制模块，PI控制模块输出的电压控制信号加上交叉耦合电压ωeLdId和ωeψf后输出机侧变流器PWM波控制信号的q轴分量umq；
所述网侧变流器控制仿真模型的构建方法为：将直流电容电压给定值Vdcref与直流电容电压实际值Vdc作差得到的偏差信号乘以阶跃信号t2后输入PI控制模块，以PI控制模块输出的信号作为d轴电流的给定值idref与d轴电流的实际值id作差后输入下一PI控制模块，下一PI控制模块输出的电压控制信号加上交叉耦合电压ωeLgiq和vd后输出网侧变流器PWM波控制信号的d轴分量ugd，同时，q轴电流的给定值iqref被设定为0，将其与q轴电流的实际值iq作差后输入PI控制模块，vq与PI控制模块输出的电压控制信号、交叉耦合电压ωeLgid作差后输出网侧变流器PWM波控制信号的q轴分量ugq，其中，id、iq、vd、vq由网侧线路电流以及三相电压以电网电压为基准经dq变换得到，ωe为转子电角速度，Lg为网侧电感；
步骤D、将得到的风力机仿真模型、永磁同步电机仿真模型以及控制仿真模型互联，并利用ADPSS/ETSDAC中的电压源元件进行电网电压模拟，从而得到永磁直驱型风力发电机组电磁暂态模型。
2.根据权利要求1所述的一种永磁直驱型风力发电机组电磁暂态模型的构建方法，其特征在于：
所述步骤A依次包括以下步骤：
A1、以发电机转子转速、叶片半径、风速以及桨距角作为输入，基于下列公式构建风能利用系数计算模块：
Figure FDA0003385142100000041
上式中，ωm为发电机转子转速，R为叶片半径，v为风速，λ为叶尖速比，β为桨距角，λi为中间参数，Cp为风能利用系数；
A2、以风能利用系数、空气密度、叶片半径、风速以及发电机转子转速作为输入，基于下列公式构建风力机输出功率及机械转矩计算模块：
Figure FDA0003385142100000042
Figure FDA0003385142100000043
上式中，ρ为空气密度，Pm为风力机输出功率，Tm为风力机输出机械转矩，vmin、vmax分别为风力机工作的风速最小、最大值；
A3、将风能利用系数计算模块与风力机输出功率及转矩计算模块进行互联，以得到风力机仿真模型。
3.根据权利要求1所述的一种永磁直驱型风力发电机组电磁暂态模型的构建方法，其特征在于：
步骤D中，所述电网电压模拟包括：采用电阻元件、电感元件以及电容元件对输电线路以及滤波器进行模拟，采用IGBT半桥开关器件对机侧变流器以及网侧变流器进行模拟。
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