[发明专利]DFIG虚拟同步机低电压穿越方法、装置、电子设备及介质

说明书

本发明公开了一种DFIG虚拟同步机低电压穿越控制方法、装置、电子设备及介质。本发明将DFIG虚拟同步机控制方法和模型预测控制相结合，以实现对DFIG转子电流的直接控制，并利用模型预测控制代价函数的多变量控制特性，同时实现了对DFIG暂态磁链的控制。本发明同时适用于电网电压对称和不对称跌落故障。在电网电压对称跌落时，本发明可以防止转子过电流，加速转子暂态磁链的衰减，并通过改变功率参考值以提供无功功率支撑。在电网电压不对称跌落时，本发明同样可以防止转子过电流，并通过消除转子电流参考值中的暂态和负序分量以保持转子电流平衡且正弦。本发明控制系统实现极为简单，不需要锁相环对电网电压的频率进行实时监测，也无需增加额外的控制环。

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，具体涉及一种基于模型预测控制的DFIG虚拟同步机低电压穿越控制方法、装置、电子设备及介质。

背景技术

随着可再生能源发电领域的快速发展，以风电、光伏为主的可再生能源发电系统在电力系统中的所占的比例也越来越大。在现代风力发电系统中，双馈感应发电机(DFIG)应用最多，技术最为成熟，是当前的主流机型。DFIG控制系统结构如图1所示，通过对机侧变流器和网侧变流器的控制可以实现DFIG的变速恒频控制。传统同步发电机拥有巨大的转动惯量，具有对电网天然友好的优势。对于DFIG而言，传统的基于同步锁相环的矢量电流控制方式由于锁相环被动跟随电网频率，使得风力发电系统几乎不具有惯性，因此无法为电网提供频率和惯性支撑，降低电网稳定性。随着可再生能源发电系统在电力系统中的渗透率增加，传统同步发电机的装机比例逐渐降低，电力系统中的旋转惯量相对减少，这给电网的稳定性带来了严峻挑战。为此，有学者提出了虚拟同步机(VSG)控制技术，其可使并网逆变器模拟同步发电机的运行机理，从而获得如同同步发电机的运行特性，为电网提供惯性支撑。因此，有学者将虚拟同步机控制技术应用到DFIG的控制中，使得DFIG也具备和同步发电机一样的惯性特征，为电网提供频率支撑。

然而，在弱电网中除了会发生频率扰动，还会出现电网电压跌落故障，这就要求DFIG系统具有低电压穿越能力。在电网电压对称跌落时，DFIG定子磁链的暂态分量会在转子侧感应出一个很大的感应电压，进而导致转子过电流，损坏机侧变流器。但是，基于虚拟同步机控制的DFIG具有很慢的动态响应速度，在电网电压暂态跌落时无法快速响应来抑制暂态冲击电流并加速暂态磁链的衰减。当电网电压不对称跌落时，除了会出现转子冲击电流，还会导致定转子电流不平衡或畸变。因此，需要改进DFIG的虚拟同步机控制技术，使其具有更好的低电压穿越能力，在电网电压瞬态跌落时可以有效抑制转子冲击电流。此外，在电网电压对称跌落时，还需加速暂态磁链的衰减，并向电网提供无功功率支撑。在电压不对称跌落时，也需提出改进的控制方法使DFIG转子电流尽可能保持平衡且正弦，改善电流质量。

针对基于虚拟同步机控制的DFIG在电网电压跌落故障下的改进控制方法，H.Nian等人在文献[Improved virtual synchronous generator control of DFIG to ride-through symmetrical voltage fault,IEEE Transactions on Energy Conversion]中提出了一种电网电压对称故障下的DFIG虚拟同步机故障穿越控制方法，该方法的思路是通过虚拟电阻来抑制故障期间的转子冲击电流，并在控制结构中添加气隙磁链PI控制内环来加速暂态磁链的衰减。但该策略的不足是采用虚拟电阻抑制电流的精度和效果取决于虚拟电阻的阻值、电网故障位置以及电压跌落程度等因素，且在实际应用中虚拟电阻的参数调节十分困难，并且气隙磁链PI控制内环的添加也增加了控制结构的复杂度。此外，该策略只适用于电网电压对称故障，在电网电压不对称跌落故障下并不适用。