[发明专利]一种计及变流器寿命和输出电能质量的功率优化控制方法

权利要求书

1.一种计及变流器寿命和输出电能质量的功率优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据负荷区域划分风电机组的功率控制策略工作区间；

获取风机运行工况参数，并与对应的功率控制策略一起载入预设的风机模型中，获取风机的电气参数；

将所述风机的电气参数输入预设的功率损耗模型和热网络模型中进行迭代，得到功率器件的低频和基频结温波动曲线，从而通过预设的寿命消耗模型，得到功率器件的寿命损耗；

根据所述风机的电气参数计算输出电能质量；

通过预设的多目标优化函数及其约束条件，对所述功率器件的寿命损耗和输出电能质量进行优化计算，得到最优的转子角速度和功率因数角进行风电机组控制；

所述功率器件的寿命损耗的获取过程具体为：

从所述功率器件的低频和基频结温波动曲线中提出热循环，得到低频结温温升时间t_on；

根据低频结温温升时间t_on计算功率器件的寿命，该功率器件的寿命的计算表达式为：

式中，N_f是失效的热循环次数；t_on为结温温升时间；I为每根铝键合线上电流的均方根值；U为电压等级，D为键合线直径；k，β₁-β₆是模型参数；

从而采用线性累积损伤模型预测功率器件的寿命消耗，该功率器件的寿命损耗的计算表达式为：

式中，C_LF和C_LL分别对应低频热循环和基频热循环导致的寿命消耗，N_f,j为第j次热循环计算的循环失效周期数，N_j为对应的热循环个数；N为热循环的总数。

2.根据权利要求1所述的一种计及变流器寿命和输出电能质量的功率优化控制方法，其特征在于，采用电压总谐波畸变率衡量所述电能质量，所述电能质量的计算表达式为：

式中，V_THD为电能质量，即电压总谐波畸变率，V1为基波电压有效值，Vn为第n次谐波电压有效值。

3.根据权利要求1所述的一种计及变流器寿命和输出电能质量的功率优化控制方法，其特征在于，所述多目标优化函数的表达式为：

式中，ω和是设计变量，分别表示转子角速度和功率因数角；

所述约束条件为：

0≤T_j≤T_jmax

0≤ω_≤ω_max

式中，T_j为功率器件结温，T_jmax为器件最大允许工作温度；ω_max为最大转子角速度，为最大/最小功率因数。

4.根据权利要求3所述的一种计及变流器寿命和输出电能质量的功率优化控制方法，其特征在于，所述对所述功率器件的寿命损耗和输出电能质量进行优化计算的过程包括：

通过所述多目标优化函数及其约束条件，进行变量寻优，如果结温大于T_jmax，则修改设计变量并重复寻优计算，直至结温T_j满足约束条件为止，找到所有可行解形成可行解集；

根据帕累托支配关系确定变流器的帕累托前沿；

采用分层优化方法，按照重要性对目标函数进行分层排序，确定最优转子角速度和功率因数角。

5.根据权利要求1所述的一种计及变流器寿命和输出电能质量的功率优化控制方法，其特征在于，所述风机运行工况参数包括风速和环境温度曲线。

6.根据权利要求1所述的一种计及变流器寿命和输出电能质量的功率优化控制方法，其特征在于，所述对应的功率控制策略的控制变量包括转子角速度和功率因数。

7.根据权利要求1所述的一种计及变流器寿命和输出电能质量的功率优化控制方法，其特征在于，所述风机的电气参数包括输出功率、输出频率、电压、机侧和网侧变流器的峰值相电流。