[发明专利]一种双馈风力发电系统网侧变流器模型预测控制方法

说明书

本发明公开了一种双馈风力发电系统网侧变流器模型预测控制方法，其具体步骤为：采集双馈风力发电系统网侧变流器的三相电感电流、三相电网电压、中间回路直流侧电容电压；采用锁相环PLL获取电网电压的相位及频率，基于相位对三相电感电流、三相电网电压分别进行坐标变换，得到d‑q坐标系下的分量；采用网侧变流器模型预测控制算法计算最优控制量；利用坐标变换将d‑q坐标系下的最优控制量变换为abc坐标系下的三相控制电压；将三相控制电压进行调制得到PWM信号，用PWM信号控制网侧变流器的开关管。该设计方法基于模型预测控制机制，提高了控制算法的自适应性与鲁棒性，改善了控制性能。

技术领域

本发明涉及一种双馈风力发电系统的控制方法，特别涉及一种双馈风力发电系统网侧变流器模型预测控制方法。

背景技术

风力发电作为新能源的重要组成部分已得到了深入的研究和广泛的应用，双馈风力发电系统是当前风电发电的主要技术形式，它具有成本低、效率高的优点。在双馈风力发电系统中，双馈风力发电机的定子与电网直接相连，转子通过背靠背变流器与电网相连，因此对双馈风力发电机的控制主要涉及对背靠背变流器的控制，即对转子侧变流器与网侧变流器(GSC)的控制。

当前，以PI控制为核心的变流器解耦控制算法是双馈风力发电系统GSC变流器采用的主流控制方法。这种方法采用电压外环-电流内环双环控制结构，电压外环实现直流侧电容电压的稳定控制，电压外环的输出作为电流内环的参考值，并利用电流内环的快速性，及时地调整交流侧的电流，抑制负载扰动的影响，使实际电流能够快速跟踪电流参考值，从而实现单位功率因数控制。在双环控制结构中，电压外环与电流内环在速度上必须进行配合，内环要比外环快很多。在现有的双馈风力发电系统GSC变流器控制算法中，电压定向矢量控制(VOC)和直接功率控制(DPC)都采用这种双环控制结构。其中VOC控制算法具有较好的静态性能，但受PI调节的影响动态性能难以提高。DPC通过一个开关矢量表，直接选择合适的矢量对有功、无功实施bang-bang控制，因此动态响应速度快，有较好的鲁棒性且控制结构简单。但DPC控制效果依赖于矢量表的精确程度，且开关频率不固定，系统稳态性能差，稳态时纹波较大，需要很高的采样频率才能获得较好的稳态性能，对硬件要求较高，同时电流波形也不够正弦，具有较多的高频谐波分量。

当前应用于变流器系统的模型预测控制算法主要包括两种，其一为有限控制集模型预测控制算法(finite control set model predictive control，FCS-MPC)，该算法直接对变流器的开关器件进行建模，并基于变流器开关函数组合个数有限的特征，采用遍历法计算各开关组合对应的变流器响应，选取与期望响应最接近的开关组合实施控制，因此FCS-MPC算法具有建模简单、动态响应快、处理系统约束灵活且无需PWM调制器和相关参数设计等优点，但存在计算量大、开关频率较高、难以实现多步预测计算及无法利用成熟的变流器调制技术等缺点。另一种变流器模型预测控制算法采用经典MPC算法结构，由预测模型-滚动优化-反馈校正等部分组成，并可充分利用已有的MPC算法研究成果和成熟的变流器调制技术，实现对变流器的综合优化控制，但存在变流器对象建模过程复杂的问题。

发明内容

为了解决现有双馈风力发电系统网侧变流器控制存在的上述技术问题，本发明提供一种效率高、控制效果好的双馈风力发电系统网侧变流器模型预测控制方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤：

A1、采集双馈风力发电系统网侧变流器的三相电感电流i_{f_abc}、三相电网电压v_{g_abc}、中间回路直流侧电容电压v_dc；

A2、采用锁相环PLL获取电网电压v_{g_abc}的相位θ_s及频率ω_s，基于相位θ_s对三相电感电流i_{f_abc}、三相电网电压v_{g_abc}分别进行坐标变换，得到d-q坐标系下的分量；