基于随动算法的双馈风力发电机高压穿越转子的控制方法技术

针对现有双馈风力发电机的控制方法的不足，本发明专利技术提出基于随动算法的双馈风力发电机高压穿越转子的控制方法：1.采集转子侧的三相电流、三相电压、风力发电机转速和电网电压的骤升幅度；2.将采集到的三相电流与三相电压变换为两相同步旋转坐标系下的数值；3.向转子侧的电流反馈通道中引入基于随动粒子群算法修正的自适应微分负反馈的值；4.由修正后的微分负反馈的值反推出转子侧q轴电压分量；5.将步骤4的结果转换回两相静止坐标系下的数值并输入逆变器模块中的功率管进行控制。本方法能够对处于不同的转速下、对不同骤升幅度下的双馈风力发电机的自适应微分负反馈值进行优化处理，使得本方法预测结果更精确、耗用的处理时间更短。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于双馈风力发电机控制
，主要涉及。技术背景如今随着风电场规模和风力发电容量的不断扩大，风电场与电网之间的相互影响显著增强。当电网出现故障导致构成风电场的风力发电机与电网解列时，若风力发电机不能像常规能源那样在电网故障的情况下对电网提供频率和电压的支撑，则可能导致严重的连锁反应，并对电网的稳定运行造成严重影响。在实际风电场中引起电网电压骤升的原因很多:单相对地故障可能产生电网电压骤升，风电场负载的突然撤除也可能产生电网电压骤升，投入大的电容补偿器也可能引起电网电压骤升。目前风电场中使用的发电机大多是双馈风力发电机，该种发电机的定子和电网相联，而转子通过变流器与电网相联，当电网电压骤升故障发生时，其暂态过程会对双馈发电机的定子及转子形成电流、电压冲击。为了规避上述问题并保护变流器，可采用将双馈风力发电机自动离网，待故障恢复后再令双馈风力发电机并网运行。上述解决方案只适合少量双馈风力发电机的情况下，这种离网策略已不能满足当今大规模风电场发电的并网准则要求一风电并网准则中对高电压下风电机组并网运行要求在电网电压升至1.2pu情况时风电机组能够保持长期不脱网运行，并要求高电压情况下风电机组需要吸收一定量的无功功率，且无功电流与电网电压的变化率之比为2:1，当高压侧电网电压骤升至额定电压的130 %时，风电机组应维持60ms而不脱网，并提供足够大的故障恢复电流。显然，这一准则要求风力发电机必须能够抵御和穿越高电压的能力。为了满足大规模风电场发电的并网的要求，现有的关于HVRT的直接解决方案多为采用额外装置且针对变流器的控制策略，主要归为两类:一类是在电网电压骤升时采用动态电压恢复器，通过补偿正常和故障情况下的电压差值，来维持发电机电网入线端的电压不变；另一类是在电网电压骤升时采用静止同步无功补偿器，主要是通过控制注入电网的无功电流迫使电网电压下降。显然这两种方案都需要额外的硬件系统，造成成本的大幅增加。此外，还有通过转子串电感的方法来抑制电网故障时转子电流振荡，但实际应用中由于电感会增加额外硬件电路和功率损耗，并且硬件的电感值是固定的，不能在不同工况下灵活变化。综上所述，上述方法或需要额外硬件投入，成本高控制方法繁琐；或依赖特定的设备环境，控制精度差、效率低，无法大规模应用与推广。
技术实现思路
针对上述针对双馈风力发电机的控制方法无法兼顾设备成本、预测精度和运算效率的难题，本专利技术提出一种，能够对处于不同的转速下、对不同骤升幅度下的双馈风力发电机的自适应微分负反馈值进行优化处理，使得在本方法下得出的结果更精确、耗用的处理时间更短，且无需额外的硬件设备投入。具体方法如下:，按如下步骤进行: 步骤一:自双馈风力发电机的转子侧采集三相电流、三相电压、风力发电机转速η和电网电压的骤升幅度P，其中，双馈风力发电机转子侧的三相电流记为A相电流ia、B相电流ib和C相电流i。；双馈风力发电机转子侧的三相电压记为A相电压ua、B相电压Ub和C相电压Uc。步骤二:将步骤一中采集到的双馈风力发电机转子侧三相电流A相电流ia、B相电流ib和C相电流i。由三相静止坐标系变换为两相同步旋转坐标系下的，获得同步旋转坐标系下的双馈发电机d轴电流Uri和双馈发电机q轴电流L ;将步骤一中采集到的双馈风力发电机转子侧三相电压A相电压ua、B相电压Ub和C相电压U。由三相静止坐标系变换为两相同步旋转坐标系下的，获得在同步旋转坐标系下的双馈发电机d轴电压Uri和双馈发电机q轴电压Uni,下标中的d和q表示同步旋转坐标系下的两个轴，r表示转子侧。步骤三:向双馈风力发电机转子侧的电流反馈通道中引入基于随动粒子群算法修正的自适应微分负反馈的值L' a。3.1建立双馈电网电压骤升时，风力发电机转子侧电流值和电压值与自适应微分负反馈的值La的线性适应度J: 3.1.1通过公式本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于随动算法的双馈风力发电机高压穿越转子的控制方法，其特征在于，按如下步骤进行： 步骤一：自双馈风力发电机的转子侧采集三相电流、三相电压、风力发电机转速n和电网电压的骤升幅度p； 步骤二：将步骤一中采集到的三相电流与三相电压由三相静止坐标系变换为两相同步旋转坐标系下的数值，获得：双馈发电机d轴电流ird、双馈发电机q轴电流irq、双馈发电机d轴电压urd和双馈发电机q轴电压urq； 步骤三：向双馈风力发电机转子侧的电流反馈通道中引入基于随动粒子群算法修正的自适应微分负反馈的值L′a； 3.1建立双馈电网电压骤升时，风力发电机转子侧电流值和电压值与自适应微分负反馈的值La的线性适应度J：由步骤二中的双馈发电机d轴电流ird、双馈发电机q轴电流irq、双馈发电机d轴电压urd和双馈发电机q轴电压urq转换得到转子侧电流适应度f1(La)与转子侧电压适应度f2(La)，从而得到转子侧电流与电压的线性适应度J＝α1×f1(La)+α2×f2(La)，α1与α2取值在0到1之间，且α1+α2＝1； 3.2获取修正的自适应微分负反馈L′a值； 3.2.1建立自适应微分负反馈La值的数据库；自适应微分负反馈La值的数据库中含N个自适应微分负反馈La值且N不少于5000，自适应微分负反馈La值的取值均在0.1到3之间； 3.2.2从自适应微分负反馈La值的数据库中随机抽取2m个自适应微分负反馈La值组成初始的迭代库；将所抽取出的2m个自适应微分负反馈La值从自适应微分负反馈La值的数据库中剔除；设对初始的迭代库内的2m个自适应微分负反馈La值最多允许进行M次迭代；对初始的迭代库进行i次迭代得到2m个值构成第i代迭代库，第i代迭代库中的数值称为第i代的自适应微分负反馈值；进行的迭代公式为：3.2.3将步骤3.2.2初始的迭代库内的2m个自适应微分负反馈La值逐一代入步骤3.1.3的线性适应度J＝α1×f1(La)+α2×f2(La)进行计算，将得到的2m个线性适应度J值自小到大排 列，将前m个线性适应度J值所对应的自适应微分负反馈La值构成选择比较库，选择比较库中的数值称为优异自适应微分负反馈La值； 3.2.4设响应阈值F阈的取值在0.01至0.50之间； 将由步骤3.2.3得到的m个优异自适应微分负反馈La值所对应的线性适应度J和步骤3.2.2中初始的迭代库中的2m个自适应微分负反馈La值所对应的线性适应度J组成初始适应度库；对初始适应度库内的3m个线性适应度J两两进行适应度差值ΔJ的计算，获得对应于初始适应度库的一组适应度差值ΔJ；所述适应度差值ΔJ的计算式为： ΔJ(j)＝J(j)‑J(j‑1)； 将由步骤3.2.3得到的m个优异自适应微分负反馈La值所对应的线性适应度J和对初始的迭代库进行1次迭代而得到的2m个值所对应的线性适应度J组成第1代适应度库；对第1代适应度库内的3m个线性适应度J值两两进行适应度差值ΔJ的计算，获得对应于第1代适应度库的一组适应度差值ΔJ； 以此类推，将由步骤3.2.3得到的m个优异自适应微分负反馈La值所对应的线性适应度J值和对初始的迭代库进行i次迭代而得到的2m个值所对应的线性适应度J值组成第i代适应度库；对第i代适应度库内的3m个线性适应度J值两两进行适应度差值ΔJ的计算，获得对应于与第i代适应度库的一组适应度差值ΔJ； 将对应于初始适应度库的一组适应度差值ΔJ的绝对值、对应于第1代适应度库的一组适应度值ΔJ的绝对值和对应于第i代适应度库的一组适应度差值ΔJ的绝对值分别与响应阈值F阈进行比较：若上述任一一组适应度差值ΔJ的绝对值小于响应阈值F阈，返回步骤3.2.2，重新随机选取2m个自适应微分负反馈值La重新建立初始的迭代库；若上述连续的i代适应度库所对应的适应度差值ΔJ的绝对值均大于响应阈值F阈，且第i代适应度库中最小的线性适应度J值与第i‑1代1适应度库中最小的线性适应度J值、第i‑2代适应度库中最小的线性适应度J值相等，则将第i代适应度库中最小的线性适应度J值所对应的自适应微分负反馈值作为修正后的自适应微分负反馈值L′a；若上述连续的M代适应度库所对应的适应度差值ΔJ的绝对值均小于响应阈值F阈，但相邻的三代适应度库中最小的线性适应度J值不相等，则将第M代适应度库中最小的线性适应度J值所对应的自适应微分负反馈值作为修正后的自适应 微分负反馈值L′a；步骤四：将d轴电流给定值与d轴反馈电流ird相减得到的值通过PI调节器进行调节得到d轴的PI调节器输出值；将q轴电流给定值与q轴反馈电流irq相减得到的值通过PI调节器进行调节得到q轴的PI调节器输出值；将d轴反馈电流ird微分后与自适应微分负反馈值La相乘，再经低通滤波，获得d轴的电压补偿项Vrdc；将q轴反馈电流irq微分后与自适应微分负反馈值La相...

【技术特征摘要】
1.基于随动算法的双馈风力发电机高压穿越转子的控制方法，其特征在于，按如下步骤进行: 步骤一:自双馈风力发电机的转子侧采集三相电流、三相电压、风力发电机转速η和电网电压的骤升幅度P; 步骤二:将步骤一中采集到的三相电流与三相电压由三相静止坐标系变换为两相同步旋转坐标系下的数值，获得:双馈发电机d轴电流ir1、双馈发电机q轴电流i吣双馈发电机d轴电压Uri和双馈发电机q轴电压U1^ ； 步骤三:向双馈风力发电机转子侧的电流反馈通道中引入基于随动粒子群算法修正的自适应微分负反馈的值L' a； .3.1建立双馈电网电压骤升时，风力发电机转子侧电流值和电压值与自适应微分负反馈的值La的线性适应度J:由步骤二中的双馈发电机d轴电流irt、双馈发电机q轴电流i吣双馈发电机d轴电压Uri和双馈发电机q轴电压Uni转换得到转子侧电流适应度^)与转子侧电压适应度f2 (La)，从而得到转子侧电流与电压的线性适应度J =Q1Xf1 (La) + a2Xf2 (L3), αι 与 a 2 取值在 O 到 I 之间，且 a 1+a 2 = I ； .3.2获取修正的自适应微分负反馈Li 3值； .3.2.1建立自适应微分负反馈La值的数据库；自适应微分负反馈La值的数据库中含N个自适应微分负反馈La值且N不少于5000，自适应微分负反馈La值的取值均在0.1到3之间； . 3.2.2从自适应微分负反馈La值的数据库中随机抽取2m个自适应微分负反馈La值组成初始的迭代库；将所抽取出的2m个自适应微分负反馈La值从自适应微分负反馈La值的数据库中剔除；设对初始的迭代库内的2m个自适应微分负反馈La值最多允许进行M次迭代；对初始的迭代库进行i次迭代得到2m个值构成第i代迭代库，第i代迭代库中的数值称为第i代的自适应微分负反馈<值；进行的迭代公式为: 2.如权利要求1所述的基于随动算法的双馈风力发电机高压穿越转子的控制方法，其特征在于，在步骤3.1中，建立双馈电网电压骤升时，风力发电机转子侧电流值和电压值与自适应微分负反馈的值La的线性适应度J的具体步骤为: 。3.1.1通过公式^ =拉+ζ将步骤二中的双馈发电机d轴电流Ld和双馈发电机q轴电流变换得到电网电压骤升时的转子侧电流值;所述电网电压骤升时的转子侧电流值的函数形式为irdql + irdq2+irdq3+irdq4 ;3.1.2通过公式 3.如权利要求1所述的基于随动算法的双馈风力发电机高压穿越转子的控制方法，其特征在于，步骤3.2.4中获取修正后的自适应微分负反馈值L' a的具体比较方法为: . 1)当初始适应度差值AJ的绝对值<响应阈值Fw时，返回步骤3.2.2，在自适应微分负反馈La值的数据库中重新随机选取2m个自适应微分负反馈值La重新建立初始的迭代库；反之进入下一步；.2)当初始适应度差值ΛJ的绝对值>响应阈值？?时，将对步骤3.2.2中初始的迭代库进行I次迭代而得到的2m个第I代的自适应微分负反馈4值所对应的线性适应度J值与由步骤3.2.3得到的m个优异自适应微分负反馈La值所对应的线性适应度J值组成含有3m个适应度值的第I代适应度库；对第I...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢震，李雪，张兴，杨淑英，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34