[发明专利]模型参考自适应控制与双馈风机降阶模型相结合的建模仿真方法

摘要

本发明公开了一种模型参考自适应控制与双馈风机降阶模型相结合的建模仿真方法，具体包括：建立风机传动轴系模型，对双馈风机的传动轴系采用单质块模型进行建模，将风机吸收的风功率转化为机械转矩，并输入到双馈发电机转子的转轴上；通过忽略定子磁链和转子磁链变化建立一阶双馈发电机模型，将双馈发电机转子的转轴上的机械转矩转化为有功功率输出到电网；建立电网侧变流器控制模块，保持直流母线电压的稳定并实现交流侧功率因数的调节；建立转子侧变流器控制模块，加入针对电气参数摄动的模型参考自适应控制，控制双馈发电机有功功率稳定输出；将多台双馈风电机组并网并给定风速变化，得到大型风电场并网特性及多台风电机组之间的影响关系。

主权项

1.一种模型参考自适应控制与双馈风机降阶模型相结合的建模仿真方法，其特征在于，所述的建模仿真方法包含以下步骤：S1、建立风机传动轴系模型，对双馈风机的传动轴系采用单质块模型进行建模，将风机吸收的风功率转化为机械转矩，并输入到双馈发电机转子的转轴上；S2、建立双馈发电机模型，通过忽略定子磁链和转子磁链变化将双馈发电机模型的阶数简化为一阶，将双馈发电机转子的转轴上的机械转矩转化为有功功率输出到电网；S3、建立电网侧变流器控制模块，以保持直流母线电压的稳定并实现交流侧功率因数的调节；S4、建立转子侧变流器控制模块，加入针对电气参数摄动的模型参考自适应控制，控制双馈发电机有功功率平滑稳定地输出；S5、将多台双馈风电机组并网并给定风速变化，得到大型风电场并网特性及多台风电机组之间的影响关系；其中，所述步骤S1具体如下：S11、将风力机叶轮、变速箱和发电机三者之间通过高速轴和低速轴相连，得到三质量块传动轴系的数学模型为：其中，T_t1＝K_t(θ_t‑θ₁)，且T_2g＝K_g(θ₂‑θ_g)，T_t为风力机风轮所输出的机械转矩；ω_t为风轮的旋转速；B_t为低速轴的阻尼系数；K_t为低速轴的刚度系数；T₁为低速侧齿轮的输入力矩；ω₁为低速侧齿轮的旋转速度；T₂为高速侧齿轮的输出力矩；ω₂为高速侧齿轮的旋转速度；B_g为高速轴的阻尼系数；K_g为高速轴的刚度系数；T_g为发电机的输入力矩；ω_g为发电机的旋转速度；J_t、J₁、J₂、J_g分别为相应质量块的转动惯量；S12、忽略阻尼系数和刚性系数，并将风力机和齿轮箱的转动惯量折算到电机侧，将风机的传动轴系降阶为单质块模型：其中T'_g为折算到发电机侧的风力机转矩，T_gen为发电机受到的电磁转矩，J_eq为高速轴的等效惯量和低速轴折算到高速轴的惯量之和，即单质块的等效转动惯量；其中，所述步骤S2具体如下：S21、建立双馈发电机模型，所述的双馈发电机模型为五阶模型，包括电压方程、磁链方程和运动方程，其中，所述的电压方程为：所述的磁链方程为：所述的运动方程为：其中，电磁转矩T_e＝n_p(ψ_sdi_sq‑ψ_sqi_sd)，u_sd、u_sq、u_rd、u_rq分别为定子电压和转子电压的d轴和q轴分量，i_sd、i_sq、i_rd、i_rq分别为定子电流和转子电流的d轴和q轴分量，ψ_sd、ψ_sq、ψ_rd、ψ_rq分别为定子磁链和转子磁链的d轴和q轴分量，R_s、R_r分别为定子绕组和转子绕组的电阻，L_s、L_r、L_m分别为定子自感、转子自感以及定转子之间的互感，ω₁、ω_r分别为同步角速度和转子角速度，s为二者之间的转差，T_m为发电机转轴受到的驱动转矩，n_p为发电机的极对数；S22、忽略定子磁链变化，将所述的双馈发电机模型从五阶模型降阶为三阶模型，此时其所述的磁链方程和所述的运动方程保持不变，但其所述的电压方程则变化为：将磁链方程代入可得：其中：漏磁系数将上式代入转子电压方程并加上运动方程即可得双馈发电机的三阶模型：S23、忽略转子磁链变化，将所述的双馈发电机模型从三阶模型降阶为仅含运动方程的一阶模型；磁链方程不变，而电压方程为：求解出定转子电流的dq轴分量以及定转子磁链的dq轴分量，求得输出功率为：定子磁链在静止的α轴以及β轴上的分量及角度可用下式进行观测：根据以上数学模型搭建出双馈发电机的一阶模型；其中，所述步骤S4具体如下：S41、建立参考模型，该参考模型由不包括定子电阻参数的微分方程组成，即：S42、建立自适应模型，自适应模型则由包括定子电阻的微分方程组成，即：S43、建立自适应律，自适应律为：其中：上标^为对应量的辨识值，和为常系数；S44、参考模型和自适应模型的输出构成误差函数去驱动自适应律，通过自适应律不断调整自适应模型中定子电阻，使上述参考模型和自适应模型的输出趋向一致，此时的定子电阻值即为运行工况的准确参数，将此参数的准确值输入到磁链观测模块即可控制双馈风机功率输出的平滑稳定。