[发明专利]双馈风力发电机不脱网的模型预测控制方法

权利要求书

1.双馈风力发电机不脱网的模型预测控制方法，其特征在于：当电网正常运行时，采用模型预测控制，当电网电压跌落时，采用转子磁链预测控制，该转子磁链预测控制的具体步骤为：

(1)、当电网电压正常运行时，采集三相定子电压u_sa、u_sb、u_sc，三相定子电流i_sa、i_sb、i_sc，三相转子电流i_ra、i_rb、i_rc，检测转子角速度ω_r进行积分运算得到θ_r；

(2)、将三相定子电压u_sa、u_sb、u_sc，三相定子电流i_sa、i_sb、i_sc经过坐标转换得到两相静止坐标系下的两相定子电压u_sα、u_sβ和两相定子电流i_sα、i_sβ，由此计算出定子磁链空间位置角度θ₁，将两相定子电压u_sα、u_sβ，两相定子电流i_sα、i_sβ，三相转子电流i_ra、i_rb、i_rc经过坐标转换得到两相同步旋转坐标系下的定子电压u_sd、u_sq，定子电流i_sd、i_sq，转子电流i_rd、i_rq；

(3)、将两相同步旋转坐标系下的定子电流i_sd、i_sq，转子电流i_rd、i_rq，定子自感L_s，转子自感L_r和定转子间互感L_m进行定子磁链和转子磁链计算得到定子磁链d、q轴分量Ψ_sd、Ψ_sq和转子磁链d、q轴分量Ψ_rd、Ψ_rq；

(4)、将同步旋转坐标系的d轴定向于定子磁链矢量时，得到Ψ_sq＝0，根据双馈风力发电机定子磁链矢量的定义：式中：分别为定子电流矢量、转子电流矢量以及定子的等效励磁电流矢量；

(5)、基于定子磁链定向的双馈风力发电机转子电压方程为：

式中：u_rd、u_rq分别为转子电压在两相同步旋转坐标系下d、q轴分量，R_r为转子电阻，ω_er＝ω_e-ω_r为转差角速度，ω_e为同步角速度，为发电机的漏磁系数；

(6)、假定采样周期为T_s，将步骤(5)中的转子电压公式离散得：

转子侧变换器电压分别由八个电压矢量表示，其中六个V₁-V₆为有效矢量，二个V₀和V₇为零矢量，将八个电压矢量以及k时刻的变量代入离散公式中，得到k+1时刻不同电压矢量预测下的电流；

(7)、评估转子电流的价值函数如下：式中：i_rd^*(k+1)、i_rq^*(k+1)分别为k+1时刻d、q轴电流的给定值，i_rd(k+1)、i_rq(k+1)分别为k+1时刻d、q轴电流的预测值，选择出使价值函数最小的电压矢量作用于变换器；

(8)、当电网电压跌落时，设置控制系统的控制频率提高1倍，转子侧变换器采用转子磁链预测控制，双馈风力发电机在同步旋转坐标系下的转子电压公式分别为：u_rd＝R_ri_rd+dΨ_rd/dt-Ψ_rq(ω_e-ω_r)，u_rq＝R_ri_rq+dΨ_rq/dt+Ψ_rd(ω_e-ω_r)，假定采样周期为T_s，将此公式进行离散可得：Ψ_rd(k+1)＝T_s[u_rd(k)-R_ri_rd(k)+Ψ_rq(k)(ω_e-ω_r)]+Ψ_rd(k)，Ψ_rq(k+1)＝T_s[u_rq(k)-R_ri_rq(k)-Ψ_rd(k)(ω_e-ω_r)]+Ψ_rq(k)，将八个电压矢量以及k时刻的变量代入离散公式中，得到k+1时刻不同电压矢量预测下的转子磁链；

(9)、转子磁链的给定值进行计算，即：Ψ_r^*＝MΨ_s，其中I_s^r为定子电流额定值，Ψ_s^r为定子磁链实际值，上标r表示以转子角速度ω_r旋转的两相坐标系，下标s表示定子侧的变量，故障期间M随Ψ_s^r变换自适应改变，实现对转子磁链的实时最优控制，将得到的以转子角速度ω_r旋转的两相转子坐标系下的转子磁链给定值，经过坐标转换，得到两相同步旋转坐标系下的转子磁链给定值；

(10)、评估转子磁链价值函数为：式中：Ψ_rd^*(k+1)、Ψ_rq^*(k+1)分别为k+1时刻d、q轴转子磁链的给定值，Ψ_rd(k+1)、Ψ_rq(k+1)分别为k+1时刻d、q轴转子磁链的预测值，选择出使价值函数最小的电压矢量作用于变换器。