[发明专利]电压不对称跌落下双馈风力发电机多目标优化控制方法

权利要求书

1.电压不对称跌落下双馈风力发电机多目标优化控制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

第一步，在正序坐标系(dq)⁺和负序坐标系(dq)^-下建立双馈风力发电机的数学模型，其参数公式为：

usdq+=-Rsisdq+-dψsdq+dt-jωsψsdq+urdq+=-Rrirdq+-dψrdq+dt-j(ωs-ωr)ψrdq+---(1),]]>

ψsdq+=Lsisdq++Lmirdq+ψrdq+=Lmisdq++Lrirdq+---(2),]]>

usdq-=-Rsisdq--dψsdq-dt+jωsψsdq-urdq-=-Rrirdq--dψrdq-dt+j(ωs-ωr)ψrdq----(3),]]>

ψsdq-=Lsisdq-+Lmirdq-ψrdq-=Lmisdq-+Lrirdq----(4),]]>

公式(1)-(4)中，分别为定、转子电压在正序坐标系中的d、q轴分量；分别为定、转子电压在负序坐标系中的d、q轴分量；分别为定、转子电流在正序坐标系中的d、q轴分量；分别为定、转子电流在负序坐标系中的d、q轴分量；分别为定、转子磁链在正序坐标系中的d、q轴分量；分别为定、转子磁链在负序坐标系中的d、q轴分量；L_s、L_r分别为定、转子自感；L_m为定转子互感；ω_s为定子角频率；ω_r为转子滑差角频率；R_s和R_r分别为定、转子电阻；

不对称电网电压下，设定子电压的正序分量初始相位为负序分量初始相位为定子电流的正序分量初始相位为定子电流的负序分量初始相位为则双馈风力发电机输出到电网的定子复功率S_s可表示为定子有功功率P_s和定子无功功率Q_s的形式：

其中，e^jθ＝cosθ+j sinθ，共轭(e^jθ)^*＝e^-jθ＝cosθ-j sinθ，P_s0、Q_s0分别为定子平均有功功率和平均无功功率，P_ss2、P_sc2、Q_ss2、Q_sc2分别表示定子侧有功功率、无功功率2次脉动量幅值；

第二步，根据公式(1)、(2)、(3)、(4)和(5)得到功率系数与定子磁链和转子电流的关系为：

Ps0Pss2Psc2Qs0Qss2Qsc2=321Lsusd+usq+usd-usq-usq--usd--usq+usd+ssd-usq-usd+usq+usq+-usd+usq--usd--usd--usq-usd+usq+usq--usd-usq+-usd+ψsd+ψsq+ψsd-ψsq--32LmLsusd+usq+usd-usq-usq--usd--usq+usd+usd-usq-usd+usq+usq+-usd+usq--usd--usd--usq-usd+usq+usq--usd-usq+-usd+ird+irq+ird-irq----(6),]]>

其中，为定子电压在正序坐标系中d轴分量；为定子电压在正序坐标系中q轴分量；为定子电压在负序坐标系中d轴分量；为定子电压在负序坐标系中q轴分量；为定子磁链在正序坐标系中d轴分量；为定子磁链在正序坐标系中q轴分量；为定子磁链在负序坐标系中d轴分量；为定子磁链在负序坐标系中q轴分量；为转子电流在正序坐标系中d轴分量；为转子电流在正序坐标系中q轴分量；为转子电流在负序坐标系中d轴分量；为转子电流在负序坐标系中q轴分量；

第三步，消除定子侧有功功率二次脉动，令公式(6)中的P_ss2＝P_sc2＝0，得转子电流指令在正、负序坐标系中的d、q轴分量为

{ird+*=-23LsLmusq+AQs0-usq+ωsLmirq+*=-23LsLmusq+BPs0ird-*=2ψsd-Lm-ψsd-ψsd+ird+*-ψsq-ψsd+irq+*irq-*=2ψsd-Lm-ψsq-ψsd+ird+*+ψsd-ψsd+irq+*---(7);]]>

消除定子侧无功功率二次脉动，令公式(6)中的Q_ss2＝Q_sc2＝0，得转子电流指令为

ird+*=-23LsLmusq+BQs0-usq+ωsLmirq+*=-23LsLmusq+APs0ird-*=ψsd-ψsd+Ird+*+ψsq-ψsd+Irq+*irq-*=ψsq-ψsd+Ird+*-ψsd-ψsd+Irq+*---(8),]]>

公式(7)、(8)中，

第四步，在公式(7)、(8)的基础上引入调节系数α和β，得到控制定子有功功率、定子无功功率的转子指令电流的统一表达式为

ird+*=-23LsLmusq+A-(1+α-β)(usd-2+usq-2)Qs0-usq+ωsLmirq+*=-23LsLmusq+B+(1+α-β)(usd-2+usq-2)Ps0ird-*=2βψsd-Lm-ψsd-ψsd+ird+*-ψsq-ψsd+irq+*+(1+α-β)(ψsd-ψsd+ird+*+ψsq-ψsd+irq+*)irq-*=2βψsd-Lm-ψsq-ψsd+ird+*+ψsd-ψsd+irq+*+(1+α-β)(ψsq-ψsd+ird+*-ψsd-ψsd+irq+*)---(9),]]>

公式(9)中，0≤α≤1；0≤β≤1；

第五步，定义不平衡度n为电网电压负序分量与正序分量之比，即

n=U-U+---(10),]]>

则定子电流谐波畸变率与调节系数α、β的关系式为

THD(i)=irms2-i1rms2i1rms=(1+α-β)2β2n22M(1+βn2-M)-1---(11),]]>

其中，

第六步，定义电压不平衡条件下定子有功及无功功率波动标幺值分别为Δp和Δq，则

Δp=(Ps-PP)maxΔq=(Qs-QP)max---(12),]]>

其中，P、Q分别为定子有功、无功功率给定值，为定子有功功率瞬时值，为定子无功功率瞬时值；

将公式(5)、(9)、(10)代入公式(12)中，化简得到Δp和Δq与调节系数α、β的关系式为

Δp=(1+α-β)(1-β)n1-(1+α-β)βn+βn2Δq=(1-α+β)n1+βn2---(13);]]>

第七步，将Δp和Δq线性加权，以功率波动综合标幺值最小为优化目标，采用定子电流谐波畸变率作为约束条件，建立调节系数α、β的多目标优化模型，构造的模型目标函数为

minf=μ1Δp+μ2Δq=μ1(1+α-β)(1-β)n1-(1+α-β)βn+αn2+μ2(1-α)n1+αn2---(14),]]>

公式(14)中，μ₁、μ₂分别为有功、无功功率波动的权重系数，且μ₁+μ₂＝1，

约束条件为

THD(i)=irms2-i1rms2i1rms=(1+α-β)2β2n22M(1+αn2-M)-1≤γ---(15),]]>

公式(14)中，γ为定子相电流谐波畸变率限值；

第八步，对公式(14)及(15)进行模糊化处理，并对公式(14)计算得到最优解。

2.如权利要求1所述的电压不对称跌落下双馈风力发电机多目标优化控制方法，其特征在于，所述第八步中的求解方法为：先对公式(15)中关于调节系数α、β的模糊约束集采用下降沿隶属函数，然后对公式(14)采用遗传算法进行求解。