[发明专利]一种DFIG多目标优化控制目标函数的设计方法

说明书

本发明属于双馈风力发电机的有限集模型预测控制技术领域，具体为一种DFIG多目标优化控制目标函数的设计方法，解决了背景技术中的技术问题，其包括选择两个被控对象；基于有限集模型预测控制，给出传统分层控制目标函数；将传统分层控制目标函数中的非线性项进行更新，重新构造包括两个被控对象在内的目标函数；根据电机动态反馈的效果，系统动态切换被控对象的权重系数，同时根据被控对象参考值的变化情况调整控制力度，使两个被控对象的控制精度保持稳定。本发明在传统分层控制的基础上，通过进一步改写目标函数中的非线性项，在目标函数中引入相对误差控制思想，可在被控对象参考值变化较大的情况下，实现各被控对象控制精度基本不变的目的。

技术领域

本发明属于不平衡电网电压下双馈风力发电机的控制技术领域，涉及双馈风力发电机的有限集模型预测控制技术，具体为一种DFIG多目标优化控制目标函数的设计方法。

背景技术

近年来，随着大气污染，温室效应等环境问题的出现，人们逐渐意识到清洁能源代替化石能源的重要性。在各种新能源中，风能是一种重要的能源形式，现如今的电气时代，我们希望将风能转化为电能服务于人类的生产和生活。双馈风力发电机因其宽广的转速运行范围，所需励磁变换器容量小等优点，成为风力发电的主流机型。

实际电网发生不对称故障的概率较大，为增强系统稳定运行的能力且保障电网的安全，需要双馈风力发电机具备一定的不对称故障穿越能力。因此，电网电压不对称条件下双馈风力发电机的运行能力控制成为国际风电技术发展的主要动向之一。

模型预测控制可以通过一个统一的目标函数将所有的控制目标和约束条件集中进行优化，从而便利地控制多个不同物理尺度的控制目标，而不需要大幅改变控制结构。但是模型预测控制需要给每一个控制目标设计一个合理的权重系数，如果系数不合理，会导致各个目标无法实现协调控制。目前，研究人员多是基于经验主义，通过多次尝试来获得较优的权重系数组合，时间成本较高且不一定是最优组合。对于权重系数的设计问题，现有的文献和研究主要集中在优化算法或者改变目标函数结构来避免权重系数的设计。但是，这些方法也暴露出了大量的缺点，优化算法的设计方法实施起来比较耗时，而且会大大加重计算负担。改变目标函数结构的设计方法可能会使目标函数复杂化，无法应用于其他控制目标，缺乏普适性。

综上所述，现有的权重系数设计方案不能根据用户自定义的准则进行明确的选择，避免权重系数的设计方案不够灵活，没有解决根本问题。

发明内容

本发明旨在解决传统分层控制策略中，因被控对象参考值变化而导致的控制侧重点严重偏移，使某个被控对象控制效果恶化的技术问题，提供了一种DFIG多目标优化控制目标函数的设计方法。所述方法在电网电压不平衡条件下，能够实现对双馈风力发电机多个目标的协调控制，且可以在被控对象参考值变化较大的情况下自动调节控制力度，保持各目标控制精度稳定。

本发明解决其技术问题采用的技术手段是：一种DFIG多目标优化控制目标函数的设计方法，包括以下步骤：

S1、选择转子电流，定子有功功率为被控对象；

S2、基于有限集模型预测控制，给出传统分层控制目标函数G如式(1)：

式(1)中，表示在两相静止αβ坐标系下的转子电流矢量在k+1时刻的参考值；表示在两相静止αβ坐标系下的转子电流矢量在k+1时刻的预测值；是非线性函数，表示如式(2)：

式(2)中，Δp是指允许定子有功功率k+1时刻相对于其参考值上下波动Δp，为定子有功功率k+1时刻的参考值，为定子有功功率k+1时刻的预测值；

S3、将传统分层控制目标函数中的非线性函数改进为表示为式(3)：