[发明专利]基于状态反馈线性化的DFIG网侧变换器低电压穿越控制方法

说明书

本发明公开了一种基于状态反馈线性化的DFIG网侧变换器低电压穿越控制方法，提出一种双馈风电机组在电压跌落下，用于保护风电系统及其机组的控制策略，解决投入电压跌落后后转子侧出现过电流和直流母线过电压的问题；根据仿真和实验结果，该方法有以下优点：可以有效抑制暂态过程中的故障分量，在一定电网电压的跌落下抑制了转子侧电流的波动，能够保持直流母线电压的基本稳定，且具有良好的控制性能，保证了风电并网系统的稳定性。

技术领域

本发明涉及非线性控制理论技术领域，更具体的说是涉及一种基于状态反馈线性化的DFIG网侧变换器低电压穿越控制方法。

背景技术

DFIG因励磁变流器容量小、造价低，且具备幅值、相位和频率均可调等优点在风力发电系统中得到了广泛应用。但由于其定子侧直接挂网，对电压的跌落相当敏感，通过改进控制策略来实现机组的LVRT运行，因不需要增加硬件电路，经济性能好等优点受到了广泛关注。2011年第26期的《电工技术学报》中《电网电压跌落情况下双馈风力发电机电磁过渡过程及控制策略》一文介绍了当电压跌落会给风电机组造成严重的过流和过压时，严重时甚至会引起风电机组变流器的损毁，引发风电机组的脱网运行。在电压跌落过程中可以通过优化控制策略来提高机组的低电压运行能力，保证机组的不间断运行。2012年第32期的《中国电机工程学报》中《双馈异步风力发电机并网运行中的几个热点问题》一文通过分析DFIG系统模型的无源性，引入并改进了无源性控制策略，提高了转子电流的控制性能以应对电网电压小值跌落的情况。

目前，已有一些文献针对双馈风电机组低电压穿越问题提出了相应的控制方法：2014年第3期的《工业仪表与自动化装置》中《一种基于电网对称故障下DFIG的改进矢量控制策略》一文利用现有成熟的矢量控制策略，改进了转子侧故障电流的计算方法，提高了系统的动稳态特性；2010年第34期的《电力系统自动化》中《考虑Crowbar阻值和退出时间的双馈风电机组低电压穿越》一文考虑了在电网电压大幅跌落时，风电机组常采用投入转子侧Crowbar保护装置，但Crowbar保护装置的投入时间过长会短接转子绕组，从电网吸收大量的无功功率，恶化了并网处的故障环境。因此整定了Crowbar保护装置的正确投入时间的概念优化了整个系统的动态响应速度，但需要额外的硬件电路和控制系统，无疑增加了系统的成本和复杂性；2014年第38期的《电力系统自动化》中《双馈感应发电机暂态性能精确计算及Crowbar电路参数优化》一文考虑电机在暂态过程中的各种要素，通过选择合适的计算方法，计算出了双馈感应电机在电压跌落过程中的定、转子电流的计算公式，并考虑了Crowbar阻值的大小对电流的影响，该方法精确且易于实现，所需硬件资源少，但算法较为复杂。

因此，如何提供一种保持直流母线电压基本稳定、具有良好的控制性能以及保证风电并网系统的稳定性的DFIG网侧变换器低电压穿越控制方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于状态反馈线性化的DFIG网侧变换器低电压穿越控制方法，建立了双馈感应风力发电机网侧变换器的仿射非线性模型；通过控制选定的目标函数，采用状态反馈线性化和坐标变换的方法，推导出系统的非线性状态反馈表达式，并由此提出一种基于输入输出反馈线性化的GSC低电压穿越控制策略，实现了非线性系统的线性化并完成了相关控制器的设计。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于状态反馈线性化的DFIG网侧变换器低电压穿越控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

S1、GSC数学模型转化坐标系：对于转化到dq0同步坐标系下的GSC数学模型，将同步旋转坐标系的d轴定向于电网电压向量U_s上，采用波动较小的直流母线电压U_dc和直流母线电流i_dcr计算转子侧变换器输出的有功功率P_r，即：P_r＝U_dci_dcr

整理得到GSC的数学模型：