[发明专利]一种直驱永磁同步风力发电系统的差分优化控制方法

说明书

本发明公开一种直驱永磁同步风力发电系统的差分优化控制方法，采用背靠背全功率变流的电能控制结构，分别建立机侧变流器控制系统和网侧变流器控制系统的状态空间模型，并将直驱永磁同步风力发电系统中的机侧变流控制模块、网侧变流控制模块的跟踪误差的绝对值与时间的乘积和系统输出电压波形总谐波畸变率的加权叠加作为评估控制性能的适应度函数，设计基于实数编码的差分优化控制方法，实现直驱永磁同步风力发电系统中PI控制器参数的优化。本发明的控制方法能有效提高直驱永磁同步风力发电系统工作效率和发电质量，风电机组的能量转换效率、运行可靠性，并在电网发生扰动时确保直驱永磁同步风力发电系统稳定时间更短，稳态误差更小，鲁棒性更强。

技术领域

本发明涉及新能源发电系统领域智能控制技术，具体涉及一种直驱永磁同步风力发电系统的差分优化控制方法。

背景技术

直驱永磁同步风力发电系统(Directly-driven Permanent Magnet SynchronousGenerator，以下简称D-PMSG)省去复杂的机械传动机构，通过采用全功率变流电能控制，降低了风力发电机组的损耗，提高了风电机组的能量转换效率和运行可靠性。全功率变流器电能控制策略对D-PMSG的运行特性和电能输出质量有非常关键的影响。在风电接入电网容量迅速增加的背景，并网直驱风电机组必须较强的故障抵御能力，并在电网发生扰动时具有较强的鲁棒性和一定的抗干扰能力。因此，如何设计有效的D-PMSG的全功率并网变流控制系统具有重要的工程应用价值。

D-PMSG的全功率并网变流控制策略目前常见有机侧不可控整流器接网侧晶闸管逆变控制策略、机侧不可控整流接网侧PWM电压源型逆变控制策略、机侧不可控整流接Boost升压接PWM电压源逆变控制策略以及背靠背全功率变流控制策略等。背靠背全功率变流控制策略通过采用机侧PWM整流系统对永磁同步发动机的转速和无功功率进行调控，实现对风能最优功率跟踪；通过采用网侧PWM逆变系统稳定中间直流电压稳定并调控注入电网的无功功率。背靠背全功率变流控制策略由于双端均为PWM变流系统，控制更加灵活，但也增加了系统优化控制的复杂性和不确定性。差分优化控制作为一种基于群集智能理论的新型优化控制算法，在电力系统中的应用研究起步较晚，主要集中在电网规划、负荷经济分配、最优潮流计算等方面。研究如何通过设置多目标加权函数，设计D-PMSG背靠背全功率变流器电能控制系统的DE优化控制方法，以提升风电系统在复杂工况和不确定性因素下的工作效率和发电质量，是一项国内外学术界和工程应用领域公认的难题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种直驱永磁同步风力发电系统的差分优化控制方法，该方法能够有效提高D-PMSG的工作效率和发电质量以及风电机组的能量转换效率和运行可靠性，并在电网发生扰动时确保D-PMSG稳定时间更短，稳态误差更小，鲁棒性更强。具体技术方案如下：

一种直驱永磁同步风力发电系统的差分优化控制方法，其特征在于，该系统采用背靠背全功率变流器电能控制结构，其中机侧变流器控制发电机转速和输出功率，网侧变流器稳定直流母线电压，控制发电系统输出的有功功率、无功功率；该方法包括如下步骤：

(1)通过采用占空比函数描述的建模方法建立网侧变流器系统的状态空间模型：

其中，L为滤波电感，R为滤波电感的等效电阻，C滤波电容，e_k为三相电网电动势，i_k为三相输出电流，d_k为占空比，u_dc为直流母线电压，e_d为直流母线侧直流电动势，R_d为直流母线侧等效电阻；

(2)将公式(1)进行d、q同步旋转坐标变换，使得网侧变流器系统的状态空间模型调整为：