[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

说明书

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种电压不对称跌落下双馈风力发电机多目标优化控制方法。

背景技术

双馈风力发电(doubly fed induction generator，简称DFIG)系统具有变速恒频运行、有功无功功率解耦控制、双馈变流器容量小及能量四象限运行等优点而得到广泛应用。但是，双馈电机的定子侧与电网直接相连，该结构不能有效隔离双馈系统与电网之间的联系，使得该风电机组对电网故障非常敏感，导致DFIG电网故障穿越能力较弱。

目前国内外学者对设计优化风电机组故障穿越方法进行了大量研究，其中三相电网电压对称故障下DFIG低电压穿越技术逐渐成熟，但实际工程中不对称故障比对称故障更加频繁，危害更加严重。针对于此，胡家兵等在《Coordinated control of DFIG’s RSC and GSC under generalized unbalanced and distorted grid voltage conditions》(IEEE Transactions on Industrial Electronics，2013，60(7)：2808-2819)一文中提出采用比例积分谐振(proportional integral resonant，简称PIR)控制器代替传统矢量控制中的比例积分(proportional integral，简称PI)控制器，同时对转子基波和谐波电流进行调节，分别实现了定子电流正弦、转子电流正弦、功率平稳或转矩平稳的控制目标。有些文献选择DFIG电磁转矩及无功功率误差作为状态变量，通过积分滑模控制器控制电磁转矩和无功功率的平均输出，利用辅助的PI控制器抑制电磁转矩和无功功率的波动量，实现了不平衡电网条件下DFIG平稳的转矩和无功功率输出控制目标；有些文献将转矩直接作为控制对象通过谐振器产生所需的控制参考电压，抑制了不平衡电压下转矩的二次波动；有些文献针对电网不平衡下双馈电机定子电流波动及谐波畸变，提出了一种定子电流闭环的矢量控制策略，实现了抑制定子电流波动的目标；还有些文献通过转子电流反馈减小磁链暂态，并进一步给出了用于抑制负序磁链转子电流给定值的限值，有效保证了电压不平衡状态转子电流波动在保护范围内。

上述专家学者的研究为不平衡电网电压下，双馈风电机组控制提供了有力依据，但存在以下两方面局限性：其一，电网电压不平衡故障发生时，将引起双馈电机有功、无功功率及定、转子电流等参数出现二次波动，而转子励磁电流4个分量的控制不可能同时将这些参数的脉动消除，因此现有转子变流器控制中，指令电流给定值调节算法仅考虑双馈电机有功功率、无功功率(或电磁转矩)、定子电流或转子电流4个参数中的某个因素进行控制，从而选择性地消除部分不平衡带来的不利影响，无法取得多个目标之间的协调控制；其二，不平衡条件下，现有转子变流器单目标控制算法中，并没有给出其他未控制参数波动幅值对系统的不良影响，例如，以消除不平衡电网电压条件下DFIG的两倍频转矩波动为单一控制目标时，定、转子电流波形畸变率有可能超出系统安全工作范围从而导致双馈风电机组脱网。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电压不对称跌落下双馈风力发电机多目标优化控制方法，解决了现有的不平衡电网电压下双馈风电机组只能采用控制单一目标、无法协调控制多个目标的问题。

本发明所采用的技术方案是：电压不对称跌落下双馈风力发电机多目标优化控制方法，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：

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。