[发明专利]一种双馈感应发电机优化预测直接功率控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电领域内双馈异步风力发电机转子侧电压型变换器的PWM控制方法，特别涉及一种双馈异步风力发电系统预测直接功率控制方法。

背景技术

现代大型风力发电系统主要采用双馈异步发电机（DFIG）和永磁同步发电机两种类型，为提高发电效率，均采用变速恒频发电运行方式。其中，DFIG应用最多，技术最为成熟，是当前的主流机型。双馈风力发电方案可实现变速恒频控制，减小变换器的容量，还可实现有功、无功的解耦控制，可根据电网的要求输出相应的感性或容性无功，这种无功控制的灵活性对电网非常有利。矢量控制（VC）和直接功率控制（DPC）一直是双馈风力发电系统主流的控制策略。矢量控制可实现有功功率和无功功率的独立调节，获得良好的稳态性能，但需要较为复杂的同步速旋转坐标变换和电网电压的相位信息，PI调节器的参数整定复杂，动态性能稍差。传统基于开关表的直接功率控制（LUT-DPC）无需同步速旋转坐标变换，控制结构简单、动态响应快，但需进行滞环比较和磁链扇区判断，系统功率波动较大，该方法的稳态性能有待改进。预测直接功率控制（P-DPC）技术，因其能在无需空间矢量调制模块SVM的情况下实现开关频率恒定，有较好的稳态和动态性能，被认为是一种颇具潜力的DPC策略。但P-DPC的难点在于有效电压矢量的选择以及各有效矢量作用时间的确定，而且其可能出现的电压矢量作用时间为负的情况会对控制带来不利的影响。以上控制方法或在系统动态响应方面或在稳态运行方面有一定的缺陷，不能同时达到理想的效果，因此对双馈感应发电机的P-DPC实施方法进行的深入研究具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种双馈异步风力发电机的优化预测直接功率控制方法。本发明方法相比传统的控制方法，无需增加额外硬件，且控制结构极为简单，能够达到较好的动态性能和稳态精度。

本发明的技术解决方案，一种双馈异步风力发电机转子侧变换器优化预测直接功率控制方法，其特征在于，所述转子侧变换器优化预测直接功率控制方法，是在DFIG转子侧变换器的功率数学模型以及传统预测直接功率控制方法的基础上，对电压空间矢量的选择策略和作用时间处理上进行优化，避免了矢量作用时间出现负值的情况，可以快速地调节有功、无功功率，获得良好的静态性能；

所述的双馈异步风力发电机转子侧变换器的优化预测直接功率控制方法，包括以下步骤：

1.一种双馈异步风力发电机转子侧变换器优化预测直接功率控制方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）利用三个电压霍尔传感器（3）采集双馈异步风力发电机DFIG（1）三相定子电压信号U_sabc；利用三相电流霍尔传感器（4）采集三相定子电流信号I_sabc；

（2）将采集得到的三相定子电压信号U_sabc经过锁相环（9）检测得到定子电压的角频率ω_s和相位θ_s；于此同时采用编码器（5）检测DFIG的转子位置θ_r，再经过微分器（6）计算转速ω_r；并通过减法器计算得到滑差角频率ω_slip=ω_s-ω_r；

（3）将采集得到的三相定子电压信号U_sabc和三相定子电流信号I_sabc经静止三相到二相坐标变换模块（7），得到定子坐标系下的定子电压矢量U_sαβ和定子电流矢量I_sαβ；

（4）将得到的定子电压矢量U_sαβ、定子电流矢量I_sαβ通过功率计算模块（10）计算定子输出的有功、无功功率信号P_s、Q_s，并将该值与定子有功、无功功率参考值P_ref、Q_ref通过模块（11）进行比较，得到有功、无功功率的偏差P_error、Q_error；

（5）将得到的定子电压矢量U_sαβ经磁链计算模块（8）得到定子两相静止坐标系下的定子磁链Ψ_sαβ，并根据DFIG的转子位置θ_r经旋转坐标变换模块（12）得到转子两相旋转坐标系下的定子磁链