[发明专利]双馈感应风力发电系统基于能量的机网侧联合控制算法

说明书

(一)技术领域

本发明属风力发电控制技术领域，具体涉及一种针对双馈感应风力发电系统机侧网侧变 换器，以基于能量的观点，实现机网侧联合控制的非线性算法。

(二)背景技术

目前，随着并网型风力发电机组大型化的发展，双馈感应风力发电系统以其励磁变频器 所需容量小、调速范围大、有功无功功率独立调节等特点成为大型机的主流。同时，作为一 种典型的变速恒频发电系统，双馈感应风力发电系统的机侧控制目标随风速变化而变化。即， 额定风速以下，要求保持最佳叶尖速比，实现最大风能捕获；额定风速附近，实现恒转速运 行；额定风速以上，采用机械变桨矩控制保证输出功率平稳；网侧控制目标为控制直流电压 恒定以及实现网侧单位功率因数。

由于大多数控制方法(A.D.Hansen，P.Sorensen，and F.Lov，et al.Control of variable speed wind turbines with doubly-fed induction generators.Wind Engineering，2004，28(4)：411-433；S.H. Li，T.A.Haskew，and J.Jackson.Integrated power characteristic study of DFIG and its frequency converter in wind power generation.Renewable Energy，2010，35：42-51；O.Soares，H.Goncalves， and A.Martins，et al.Nonlinear control of the doubly-fed induction generator in wind power systems.Renewable Energy(in press))对双馈感应风力发电系统中背靠背变换器采用机侧和网 侧部分独立控制，来分别完成机网侧各自控制目的，但简单地将两侧变换器视为完全独立的 个体，实质上割裂了整流和逆变过程的物理联系。两部分不能做到协调配合，则会造成机侧 与网侧瞬时能量存在较大的差值，引起直流电压出现较大波动，因此，必须提高电容容量来 稳定电压。而大电容必将使系统成本提高，重量体积增大，故障率增加，特别是在兆瓦级风 电系统上体现尤为明显。机网侧联合控制则能够充分利用整流与逆变部分的关联信息，降低 电压波动。采用负载电流前馈联合控制方法(L.Malesani，L.Rossetto，and P.Tenti，at al. AC/DC/AC PWM converter with reduce energy storage in the DC link.IEEE Transactions on Industry Application，1995，31(2)：287-292.)，其优点在于原理简单，但是其前馈补偿项仅包含两 部分相互影响的静态信息，而不包含动态信息，因此联合控制效果有待进一步提高。采用反 馈线性化方法进行联合控制(J.Jung，S.K.Lim，and K.Nam.A feedback linearizing control scheme for a PWM converter-inverter having a very small DC-link capacitor.IEEE Transaction on Industry Application，1999，35(5)：1124-1131.)，该方法有效利用两侧动静态信息，控制性能得到 较大改善，但此方法对系统模型精度要求高，鲁棒性差。采用功率平衡联合控制方法(N.Hur， J.Jung，and K.Nam.A fast dynamic DC-link power-balancing scheme for a PWM converter-inverter system.IEEE Transaction on Industrial Electronics，2001，48(4)：794-803.)，使网 侧部分严格匹配机侧部分从而实现两侧功率平衡，但其控制过程需要计算变换器部分传递函 数，还需另外引入控制输入量控制两侧功率相对变化，并不适合风电系统非线性强、随机扰 动多、系统参数不确定的特点。