[发明专利]双馈风力发电机转子磁链定频模型预测控制方法

说明书

技术领域

本发明属于双馈风力发电机定频模型预测控制技术领域，具体涉及一种电网故障下双馈风力发电机转子磁链定频模型预测控制方法，用于有效提高双馈风力发电机在电网故障下的不脱网运行能力。

背景技术

近年来，可再生能源技术得到快速发展，风能的利用在其中占据很大的比重。风能是一种清洁的能源，具有取之不尽、无污染等优点，是一种非常理想的新能源。风力发电占电力供应比例逐渐增大，双馈风力发电机是目前市场占有率和装机容量最大的机型，受电网故障的影响很大，因此研究电网电压跌落下双馈风力发电系统的控制和保护策略具有重要的理论意义，对提高风电机组的运行可靠性具有很大的实用价值。

在电网电压骤降的情况下，目前部分文献研究了基于撬棒保护控制策略，为了抑制电网电压跌落引起的双馈风力发电机转子侧过电流，撬棒电路被用来将双馈电机转子侧绕组短路，该短接回路为转子冲击电流提供一条通路，适当选择电阻值可以限制转子回路的最大电流，撬棒动作时双馈电机自动从系统中脱离。此种方法增加了硬件成本，故障时从电网吸收大量的无功功率，影响电网的稳定性，对电网的暂态电磁冲击和风力机的机械冲击均很严重。还有一些文献研究了采用了滞环控制器和查表法控制的直接功率控制方法，此方法消除了矢量控制中的电流控制环，简化了控制结构，但这种控制方式有变换器开关频率不固定的缺点，会导致宽频的谐波电流注入电网，造成滤波电抗器设计复杂。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。本发明提出了电网故障下转子磁链定频模型预测控制方法，此控制算法开关频率恒定，无需较高的采样频率，控制精度高，在故障过程中可有效地控制转子电流在1.5-1.6倍额定电流以内，电磁转矩的波动较小，定子侧有功功率和无功功率波动较小，所有变量基于两相静止坐标系，无需复杂的坐标变换，转子磁链定频模型预测方法的控制频率设为基于定子磁场定向的矢量控制的2倍，提高了控制效率，对故障响应速度快，且避免了电网故障大扰动下控制器的饱和问题。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

本发明针对现有技术的不足提供了一种双馈风力发电机转子磁链定频模型预测控制方法，该控制方法响应速度快，控制精度高，开关频率固定，无需较高的采样频率，可有效降低纹波电流，在故障过程中控制转子电流在1.5-1.6倍额定电流以内，电磁转矩波动较小，减小了对机组的冲击，同时定子侧有功功率和无功功率波动较小。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，双馈风力发电机转子磁链定频模型预测控制方法，其特征在于：电网电压稳态运行时，双馈风力发电机转子侧变换器采用基于定子磁链定向的矢量控制，电网电压骤降故障运行时，双馈风力发电机采用转子磁链定频模型预测控制，该转子磁链定频模型预测控制的具体步骤为：

（1）、电网发生骤降故障时，设置转子磁链定频模型预测方法的控制频率为基于定子磁场定向的矢量控制的2倍；

（2）、将测得的转子角速度ω_r进行积分运算得到θ_r；

（3）、采集双馈风力发电机转子三相电压u_ra、u_rb、u_rc，转子三相电流i_ra、i_rb、i_rc和定子三相电流i_sa、i_sb、i_sc经过坐标转换得到定子参考两相静止坐标系下的转子两相电压u_rα、u_rβ，转子两相电流i_rα、i_rβ和定子两相电流i_sα、i_sβ；