[发明专利]双馈风力发电机不脱网的模型预测控制方法

摘要

本发明公开了一种双馈风力发电机不脱网的模型预测控制方法，电网电压跌落时，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。与稳态时的模型预测控制相比，在电网故障时采用的转子磁链预测方法的控制频率提高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，电磁转矩波动较小，提高了双馈风力发电机故障期间不脱网的能力。

主权项

双馈风力发电机不脱网的模型预测控制方法，其特征在于：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，该转子磁链预测控制的具体步骤为：(1)、当电网电压正常运行时，采集三相定子电压usa、usb、usc，三相定子电流isa、isb、isc，三相转子电流ira、irb、irc，检测转子角速度ωr进行积分运算得到θr；(2)、将三相定子电压usa、usb、usc，三相定子电流isa、isb、isc经过坐标转换得到两相静止坐标系下的两相定子电压usα、usβ和两相定子电流isα、isβ，由此计算出定子磁链空间位置角度θ1，将两相定子电压usα、usβ，两相定子电流isα、isβ，三相转子电流ira、irb、irc经过坐标转换得到两相同步旋转坐标系下的定子电压usd、usq，定子电流isd、isq，转子电流ird、irq；(3)、将两相同步旋转坐标系下的定子电流isd、isq，转子电流ird、irq，定子自感Ls，转子自感Lr和定转子间互感Lm进行定子磁链和转子磁链计算得到定子磁链d、q轴分量Ψsd、Ψsq和转子磁链d、q轴分量Ψrd、Ψrq；(4)、将同步旋转坐标系的d轴定向于定子磁链矢量时，得到Ψsq＝0，根据双馈风力发电机定子磁链矢量的定义：式中：分别为定子电流矢量、转子电流矢量以及定子的等效励磁电流矢量；(5)、基于定子磁链定向的双馈风力发电机转子电压方程为：式中：urd、urq分别为转子电压在两相同步旋转坐标系下d、q轴分量，Rr为转子电阻，ωer＝ωe‑ωr为转差角速度，ωe为同步角速度，为发电机的漏磁系数；(6)、假定采样周期为Ts，将步骤(5)中的转子电压公式离散得：转子侧变换器电压分别由八个电压矢量表示，其中六个V1‑V6为有效矢量，二个V0和V7为零矢量，将八个电压矢量以及k时刻的变量代入离散公式中，得到k+1时刻不同电压矢量预测下的电流；(7)、评估转子电流的价值函数如下：式中：ird*(k+1)、irq*(k+1)分别为k+1时刻d、q轴电流的给定值，ird(k+1)、irq(k+1)分别为k+1时刻d、q轴电流的预测值，选择出使价值函数最小的电压矢量作用于变换器；(8)、当电网电压跌落时，设置控制系统的控制频率提高1倍，转子侧变换器采用转子磁链预测控制，双馈风力发电机在同步旋转坐标系下的转子电压公式分别为：urd＝Rrird+dΨrd/dt‑Ψrq(ωe‑ωr)，urq＝Rrirq+dΨrq/dt+Ψrd(ωe‑ωr)，假定采样周期为Ts，将此公式进行离散可得：Ψrd(k+1)＝Ts[urd(k)‑Rrird(k)+Ψrq(k)(ωe‑ωr)]+Ψrd(k)，Ψrq(k+1)＝Ts[urq(k)‑Rrirq(k)‑Ψrd(k)(ωe‑ωr)]+Ψrq(k)，将八个电压矢量以及k时刻的变量代入离散公式中，得到k+1时刻不同电压矢量预测下的转子磁链；(9)、转子磁链的给定值进行计算，即：Ψr*＝MΨs，其中Isr为定子电流额定值，Ψsr为定子磁链实际值，上标r表示以转子角速度ωr旋转的两相坐标系，下标s表示定子侧的变量，故障期间M随Ψsr变换自适应改变，实现对转子磁链的实时最优控制，将得到的以转子角速度ωr旋转的两相转子坐标系下的转子磁链给定值，经过坐标转换，得到两相同步旋转坐标系下的转子磁链给定值；(10)、评估转子磁链价值函数为：式中：Ψrd*(k+1)、Ψrq*(k+1)分别为k+1时刻d、q轴转子磁链的给定值，Ψrd(k+1)、Ψrq(k+1)分别为k+1时刻d、q轴转子磁链的预测值，选择出使价值函数最小的电压矢量作用于变换器。