[发明专利]双馈风力发电机不脱网的模型预测控制方法

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种电网正常运行时的双馈风力发电机转子侧变换器模型预测控制以及电网电压跌落时转子磁链预测控制方法，属于双馈风力发电机运行控制技术领域。

背景技术

风力发电就是将风能转化为机械能、进而转化为电能的过程，其中风力机及其控制系统的作用是将风能转换为机械能，而发电机及其控制系统则是将机械能转换为电能。双馈风力发电机作为风力发电的主流机型，对其控制性能的研究至关重要，双馈风力发电机的主要运行目标有两个，首先是变速恒频前提下实现最大风能追踪，关键是转速或者有功功率的控制，其次是双馈风力发电机输出无功功率的控制，以保证所并电网的运行稳定性。

当电网正常运行时，双馈风力发电机矢量控制一般采用功率控制环为外环、电流控制环为内环的双闭环结构，通过外环功率调节器获得转子电流参考值，通过内环电流调节器获得转子电压参考值，两调节器均采用PI线性控制器，此种控制方法需要复杂的坐标变换，整个控制系统结构复杂、动态性能欠佳、对PI控制器和发电机参数依赖较大。因此本发明采用模型预测控制，不需要PI控制器，避免了电网故障大扰动下线性控制器饱和问题。根据价值函数选出最优的电压矢量作用于变换器，采样频率高，控制结构简单，精度高，对有功功率和无功功率进行了控制。当电网电压跌落时，双馈风力发电机采用转子磁链预测控制方法，通过预测转子磁链选择出最优的电压矢量作用于转子侧变换器，实现转子磁链与定子磁链的同步控制，减弱定子磁链对转子磁链的故障冲击，从而降低转子故障过电流，当电网电压发生单相跌落90%或者三相对称跌落70%故障时，目前大多数控制方法对故障期间转子电流值很难控制在其额定电流的2倍以内，电磁转矩波动比较大，对机组的冲击力很大。控制系统的响应速度和控制器的控制精度直接影响故障电流的抑制效果。本发明控制方法可以控制故障电流在1.5-1.6倍额定电流以内，电磁转矩波动较小，提高了双馈风力发电机在故障过程中不脱网能力。

发明内容

本发明的目的是提供了一种双馈风力发电机不脱网的模型预测控制方法，当电网电压正常时，不需要PI控制器，避免了电网故障大扰动下线性控制器饱和问题，根据价值函数选出最优的电压矢量作用于变换器，采样频率高，控制结构简单，精度高，对有功功率和无功功率进行了控制。当电网电压跌落时，对双馈风力发电机定子磁链和转子磁链进行同步控制，实现对转子磁链的控制，达到转子磁链跟随其给定值的目标,该方法可以控制故障电流在1.5-1.6倍额定电流以内，电磁转矩波动较小，提高了双馈风力发电机故障运行能力。

本发明是通过以下技术方案实现的，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。与正常运行采用的模型预测控制相比，此控制方法从定转子磁链弱磁角度进行不定频控制，控制系统的控制频率提高1倍，对故障响应速度更快，故障状态下可以控制转子电流在1.5-1.6倍额定电流以内，电磁转矩波动较小。其具体步骤为：

（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；