[发明专利]双馈风力发电机快速弱磁控制方法

说明书

技术领域

本发明属于双馈风力发电机运行控制领域，涉及稳态时时的功率预测控制和电网骤降时快速弱磁控制方法，提高正常运行时的稳定性以及故障状态下双馈风力发电机故障运行能力。

背景技术

近几年来，随着风电机组的单机容量的不断增加，风电在电网中所占比重越来越大。风能发电的利用虽然带来了巨大的经济效益，但是也给电力系统的稳定性造成了一定的破坏。由电网骤降或者骤升故障而导致风电机组大规模脱网，会给电网正常运行造成很大的影响，为了保证电力系统的稳定性，必须先提高风电机组故障运行能力。双馈风力发电机的定、转子直接并网，与电网之间的联系密切，，并且在故障情况下，小容量励磁变换器对双馈风力发电机的控制能力也受到限制，导致双馈风力发电机的电网故障运行能力较弱。

在电网电压稳态运行的情况下，双馈风力发电机转子侧变换器的采用矢量控制，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。但由于PWM变换器是一种开关型非线性系统，采用线性控制器实现非线性系统控制，将会造成一定的控制误差和动态响应时延，造成整个控制结构复杂、动态性能欠佳、对PI控制器和发电机参数依赖较大。因此提出了功率预测控制，使定子侧有功功率和无功功率波动较小，具有实施简单、解耦性较好、动态响应快、鲁棒性强的优点。

在电网电压骤降的情况下，目前实现故障运行能力的控制有通过改进励磁控制策略来实现故障运行能力，这种方法适合轻度故障，在电网电压跌落很深的情况下，这种励磁控制算法很难实现发电系统的故障运行控制。另外还有采用转子增加撬棒保护实现故障运行，此种方法需要硬件结构，成本较高，比较复杂。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。在本发明中提出了快速弱磁的控制方法，所有变量基于两相静止坐标系，无需复杂的坐标变换，此种控制方法具有动态响应速度快，精度高，控制过程中无过冲等特点，在电网严重故障等大扰动下不会造成控制器饱和，不但能够控制转子故障电流在1.5-1.6倍额定电流以内，而且故障期间电磁转矩脉动较小，可有效提高双馈风力发电机在电网电压故障下的不脱网运行能力。

发明内容

针对电网电压稳定状态下和故障状态下控制策略的不足之处，本发明提出了电网电压稳定状态下的功率预测控制，实现定子侧有功功率和无功功率波动较小，具有实施简单、解耦性较好、动态响应快、鲁棒性强的优点。在电网故障状态下提出了快速弱磁的控制方法，可以控制转子故障电流在1.5-1.6倍额定电流以内，故障期间电磁转矩脉动较小，动态响应速度快，控制精度高等优点。

检测双馈风力发电机并网点的三相电压，在正常情况下采用功率预测控制，当故障发生时采用快速弱磁控制。同时设置快速弱磁控制的控制频率为功率预测控制的2倍具体步骤如下：

（1）、当电网电压正常运行时，采集定子三相电压U_sabc和定子三相电流I_sabc经过坐标转换得到两相静止坐标系下的两相定子电压U_sαβ和两相定子电流I_sαβ，采集转子三相电压U_rabc和转子三相电流I_rabc经过坐标转换得到两相转子坐标系下的两相转子电压U_rαβ和两相转子电流I_rαβ；

（2）、计算出定子磁链空间位置角θ₁，将测得的转子转速ω_r进行积分计算得到θ_r；