[发明专利]一种双馈感应发电系统优化功率预测控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电领域内变速恒频双馈异步风力发电系统网侧、转子侧电压型变换器PWM控制方法，特别涉及一种双馈异步风力发电系统协调优化功率预测控制方法。

背景技术

现代大型风力发电系统主要采用双馈异步发电机（DFIG）和永磁同步发电机两种类型，为提高发电效率，均采用变速恒频发电运行方式。其中，DFIG应用最多，技术最为成熟，是当前的主流机型。双馈风力发电方案可实现变速恒频控制，减小变换器的容量，还可实现有功、无功的解耦控制，可根据电网的要求输出相应的感性或容性无功，这种无功控制的灵活性对电网非常有利。矢量控制（VC）和直接功率控制（DPC）一直是双馈风力发电系统主流的控制策略。矢量控制可实现有功功率和无功功率的独立调节，获得良好的稳态性能，但需要较为复杂的同步速旋转坐标变换和电网电压的相位信息，PI调节器的参数整定复杂，动态性能稍差。传统基于开关表的直接功率控制（LUT-DPC）无需同步速旋转坐标变换，控制结构简单、动态响应快，但需进行滞环比较和磁链扇区判断，系统功率波动较大，该方法的稳态性能有待改进。以上控制方法或在系统动态响应方面或在稳态运行方面有一定的缺陷，不能同时达到较理想的效果，因此对双馈感应发电系统控制的深入研究具有现实意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种双馈异步风力发电系统协调优化功率预测控制方法。本发明方法相比传统的控制方法，无需增加额外硬件，且控制结构极为简单，能够达到较好的动态性能和稳态精度。

本发明的技术解决方案，一种双馈异步风力发电系统协调优化功率预测控制方法，包括双馈异步风力发电系统中转子侧变换器RSC（1）的优化功率预测控制方法和网侧变换器GSC（12）的优化功率预测控制方法；所述转子侧变换器RSC（1）优化功率预测控制方法和网侧变换器GSC（12）优化功率预测控制方法是在第k个采样周期内，将采样信号离散化后在微处理器中对其进行处理，以得到第k+1个采样周期内应输出的转子侧变换器开关信号S_a1(k+1)、S_b1(k+1)、S_c1(k+1)及网侧变换器开关信号S_a2(k+1)、S_b2(k+1)、S_c2(k+1)；设第一个采样周期内转子侧变换器开关信号S_a1(1)、S_b1(1)、S_c1(1)以及网侧变换器开关信号S_a2(1)、S_b2(1)、S_c2(1)输出均为0；

所述的RSC（1）优化功率预测控制方法，包括以下步骤：

（1）设本采样周期开始时刻为t_k，利用单相电压霍尔传感器（17）采集直流侧母线电压V_dc；利用三个电压霍尔传感器（14）采集双馈异步风力发电机DFIG（18）三相定子电压信号U_sabc；利用第一三相电流霍尔传感器（13-1）采集三相定子电流信号I_sabc，利用第二三相电流霍尔传感器（13-2）采集三相转子电流信号I_rabc；

（2）采集得到的三相定子电压信号U_sabc经锁相环（6）检测得到电网或定子电压的角频率ω_s；同时采用编码器（10）检测DFIG的转子位置θ_r，再经微分器（7）计算转速ω_r；通过减法器计算的得到滑差角频率ω_slip=ω_s-ω_r；

（3）将采集得到的三相定子电压信号U_sabc和三相定子电流信号I_sabc经第一静止三相到二相坐标变换模块（5-1），得到t_k时刻定子坐标系下的定子电压矢量U_sαβ(k)和定子电流矢量I_sαβ(k)；将采集得到的三相转子电流信号I_rabc根据转子位置θ_r经两相旋转到两相静止坐标变换模块（9），得到t_k时刻定子坐标系下的转子电流矢量I_rαβ(k)；