一种用于双馈风电场次同步振荡抑制的模糊控制方法技术

本发明专利技术公开了一种用于双馈风电场次同步振荡抑制的模糊控制方法。具体包括以下步骤：1、建立空气动力学模型、轴系模型、双馈感应电机模型、转子侧及网侧变换器控制模型、直流电容动态过程模型以及串联补偿线路模型；2、将双馈风机转子侧变换器电磁转矩Te控制外环采用模糊控制取代传统PI控制的方法，以电磁转矩误差E和误差的变化量EC作为输入变量，控制量的变化量DU作为输出量设计模糊控制器；3、增加自调整模块，构建参数在线自调整的模糊控制器；4、利用上述模糊控制器对双馈风电场次同步振荡进行控制，完成对其抑制。本发明专利技术的方法合理可靠，所应用的模糊控制器对次同步振荡具有更好的抑制效果，具有良好的工程应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于风力机控制
，特别是一种用于含双馈风机DFIG(Doubly-Fed Induction Generator)风电场经串补并网引起的次同步振荡抑制的模糊控制方法。
技术介绍
中国能源发展战略已将大规模开发利用风电作为其重要组成部分。由于风力资源与负荷需求分布不一致，需将风电大容量、远距离的向外输送。串联补偿电容技术具有减小输电线路损耗的同时可提高线路输送容量的优点，可作为实现风电大规模外送的技术支撑，但该技术的应用，同样存在可能会诱发风电场次同步振荡的问题，次同步振荡的发生严重影响了大规模风电基地及外送系统的安全稳定运行。近年来，专家和学者们通过对风电场次同步振荡作用机理的研究，指出风速，线路串补度以及控制器参数是影响风电场次同步振荡的重要因素。在火电场中，可通过设计附加阻尼控制器实现次同步振荡的抑制，然而次同步振荡的抑制效果，相当大的程度上取决于控制器设计水平的好坏。由于风电场结构的独特性，火电场中取得良好抑制效果的控制策略可能不适用于风电场。在风电场次同步振荡抑制措施的研究中，可以采用不同控制信号设计附加阻尼控制器，但存在仅适用于单一运行工况的问题。也可以通过在双馈机组的有功和无功控制环附加阻尼控制，实现次同步振荡的抑制，但风力发电系统是时变，非线性，高阶的，在控制器设计时，采用离子群寻优的方法设计控制器参数，计算量非常大，实际工程中难以应用。模糊控制集合理论由美国教授Zandeh在1965年提出，模糊数学及其应用的新纪元由此开创。模糊控制应用广泛，成为了模糊集合理论应用的一个重要组成部分。1974年英国教授Mamdani首先在锅炉和蒸汽机的动态过程中应用模糊集合理论，设计控制器，其研究结果表明设计的模糊控制器具有重要的意义，从而激发了模糊控制领域的研究热潮。但是现有技术中尚无一种将双馈风机转子侧变换器的控制方式由传统的PI控制替代为自适应模糊控制来抑制双馈风电场次同步振荡的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于双馈风电场次同步振荡抑制的模糊控制方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种用于双馈风电场次同步振荡抑制的模糊控制方法，包括以下步骤：步骤1、建立含双馈风电场的电力系统模型，该模型包括空气动力学模型、轴系模型、双馈感应电机模型、转子侧变换器控制模型、网侧变换器控制模型、直流电容动态过程模型以及串联补偿线路模型；步骤2、利用模糊控制器对转子侧变换器控制模型的电磁转矩Te控制外环进行控制；步骤3、对步骤2中的模糊控制器的控制参数进行在线自适应调整，使其成为自适应模糊控制器；步骤4、利用步骤2的模糊控制器和步骤3中的自适应模糊控制器对双馈风电场次同步振荡进行控制，完成对其的抑制。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：1)本专利技术充分考虑双馈风电场运行工况复杂，提出了转子侧变换器电磁转矩Te控制外环采用模糊控制取代传统PI控制的方法，并搭建了系统模型进行了仿真验证，相比传统模糊控制而言，本专利技术所设计的参数在线自调整的模糊控制器对次同步振荡具有更好的抑制效果，具有良好的工程应用前景；2)本专利技术的控制方法针对经串补并网引起的次同步振荡问题，将电磁转矩的误差E和误差的变化量EC作为输入变量，控制量的变化量DU作为输出量，在原有模糊控制器的基础上，增加自调整模块，设计了参数在线自调整的模糊控制器，具有很好的控制效果；3)本控制方法可适应双馈风电场复杂的运行工况，适用范围广，具有更好的抑制效果；4)本专利技术的模糊控制方法对双馈风电场次同步振荡抑制具有很好的效果。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的描述。附图说明图1为风电场并网模型。图2为网侧变换器GSC结构示意图。图3为转子侧变换器RSC结构示意图。图4为反馈系统中典型的模糊控制结构。图5为转矩模糊控制的隶属度函数，其中(a)为误差隶属度函数，(b)为误差变化量隶属度函数，(c)为输出控制变化量隶属度函数。图6为自适应模糊控制器结构图。图7为普通PI控制下不同风速的Te振荡曲线，其中(a)为7m/s下Te振荡曲线，(b)为8为m/s下Te振荡曲线，(c)为9m/s下Te振荡曲线。图8为模糊控制下不同风速的Te振荡曲线，其中(a)为7m/s下Te振荡曲线，(b)为8为m/s下Te振荡曲线，(c)为9m/s下Te振荡曲线。图9为普通PI控制下不同串补度的Te振荡曲线，其中(a)为78％串补度下Te振荡曲线，(b)为85％串补度下Te振荡曲线。图10为模糊控制下不同串补度的Te振荡曲线，其中(a)为78％串补度下Te振荡曲线，(b)为85％串补度下Te振荡曲线。具体实施方式本专利技术的一种用于双馈风电场次同步振荡抑制的模糊控制方法，包括以下步骤：步骤1、建立含双馈风电场的电力系统模型，该模型包括空气动力学模型、轴系模型、双馈感应电机模型、转子侧变换器控制模型、网侧变换器控制模型、直流电容动态过程模型以及串联补偿线路模型；所述空气动力学模型为： T w = 0.5 ρπR 2 C p V w 2 Ω m - - - ( 1 ) ]]>其中风能利用系数的Cp(λ,β)的表达式为： C p ( λ , β ) = 0.22 ( 116 λ i - 0.4 β - 5.0 ) e - 12.5 λ i - - - ( 2 ) ]]> λ i = 1 1 λ + 0.08 β - 0.035 β 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于双馈风电场次同步振荡抑制的模糊控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、建立含双馈风电场的电力系统模型，该模型包括空气动力学模型、轴系模型、双馈感应电机模型、转子侧变换器控制模型、网侧变换器控制模型、直流电容动态过程模型以及串联补偿线路模型；步骤2、利用模糊控制器对转子侧变换器控制模型的电磁转矩Te控制外环进行控制；步骤3、对步骤2中的模糊控制器的控制参数进行在线自适应调整，使其成为自适应模糊控制器；步骤4、利用步骤2的模糊控制器和步骤3中的自适应模糊控制器对双馈风电场次同步振荡进行控制，完成对其的抑制。

【技术特征摘要】
1.一种用于双馈风电场次同步振荡抑制的模糊控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、建立含双馈风电场的电力系统模型，该模型包括空气动力学模型、轴系模型、双馈感应电机模型、转子侧变换器控制模型、网侧变换器控制模型、直流电容动态过程模型以及串联补偿线路模型；步骤2、利用模糊控制器对转子侧变换器控制模型的电磁转矩Te控制外环进行控制；步骤3、对步骤2中的模糊控制器的控制参数进行在线自适应调整，使其成为自适应模糊控制器；步骤4、利用步骤2的模糊控制器和步骤3中的自适应模糊控制器对双馈风电场次同步振荡进行控制，完成对其的抑制。2.根据权利要求1所述用于双馈风电场次同步振荡抑制的模糊控制方法，其特征在于，步骤1中的空气动力学模型为： T w = 0.5 ρπR 2 C p V w 2 Ω m - - - ( 1 ) ]]>其中风能利用系数的Cp(λ,β)的表达式为： C p ( λ , β ) = 0.22 ( 116 λ i - 0.4 β - 5.0 ) e - 12.5 λ i - - - ( 2 ) ]]> λ i = 1 1 λ + 0.08 β - 0.035 β 3 + 1 - - - ( 3 ) ]]>式中，Tw为风力机输出转矩；ρ为空气密度；R为叶片半径；Vw为风速；Ωm为风力机转速；λ为风力机的叶尖速度比，β为桨距角；双馈感应电机模型为： d d t X I G = A I G X I G + B I G U I G - - - ( 4 ) ]]>AIG＝-ωb.G-1.F (5)BIG＝ωb.G-1 (6) G = X s s 0 X M 0 0 X s s 0 X M X M 0 X r r 0 0 X M 0 X r r - - - ( 7 ) ]]> F = R s ω e ω b X s s 0 ω e ω b X M - ω e ω b X s s R s - ω e ω b X M 0 0 ω e - ω r ω b X M R r ω e - ω r ω b X r r - ω e - ω r ω b X M 0 - ω e - ω r ω b X r r R r - - - ( 8 ) ]]>在式(4)～(8)中，XIG＝[iqs,ids,iqr,idr]，UIG＝[uqs,uds,uqr,udr]，XIG为定子和转子电流的d,q轴分量，UIG为定子和转子电压的d,q轴分量，Xss＝Xls+XM为定子回路等效电抗，Xrr＝Xlr+XM为转子回路等效电抗，XM为励磁电抗，Rr为转子电阻，Rs为定子电阻，ωb为基准角速度，ωr转子旋转角速度，ωe为旋转坐标系角速度；轴系模型为： d d t ω t ω r T t g = - D t - D t g 2 H t D t g 2 H t - 1 2 H t D t g 2 H g - D g - D t g 2 H g 1 2 H g K t g ω e - K t g ω e 0 ω t ω r T t g + T w 2 H t T e 2 H g ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宝华，单馨，仲振，洪珊，杨加意，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32