一种基于轨迹灵敏度解析的DFIG转子过电流抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于轨迹灵敏度解析的DFIG转子过电流抑制方法，包括：1、求解DFIG网侧变流器的无功功率设定值和DFIG无功功率设定值的取值范围；2、定义无功分配系数λ；3、建立DFIG无功功率设定值及分配系数λ的轨迹灵敏度解析式；4、定义分配系数λ对DFIG无功功率设定值的灵敏度α；5、构建抑制转子过电流的无功功率优化模型；6、通过内点法优化算法得到DFIG无功功率设定值的最优值和分配系数λ的最优值。本发明专利技术通过构建抑制转子过电流的无功功率优化模型来得到优化后的参数，从而能有效抑制转子过电流，并能提升DFIG故障穿越能力。穿越能力。穿越能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于轨迹灵敏度解析的DFIG转子过电流抑制方法


[0001]本专利技术涉及DFIG无功调整及分配领域，具体涉及一种基于解析轨迹灵敏度抑制DFIG转子过电流的无功优化方法。

技术介绍

[0002]双馈感应发电机(doubly fed induction generator,DFIG)是目前风力发电采用的主流机型之一，具有变流器容量小、有功无功功率解耦控制、调速范围宽等优点。但由于DFIG定子与电网直接相连，易受到电网故障的影响。且变流器容量小，仅为额定容量的30％左右，因此转子电流在故障穿越下易产生冲击电流，导致机组脱网，进一步恶化电力系统安全运行。
[0003]目前国内、外对抑制转子过流的方法可主要分为保护类和控制类。保护类一般采用增加辅助设备，释放多余暂态能量。工程上通常在转子侧并联撬棒(Crowbar)保护电路，当电网故障激发转子电流达到撬棒保护设定值时，投入撬棒保护，同时封锁转子侧变流器控制脉冲，故障结束后，机组返回正常工作状态。但是封锁转子侧变流器时，DFIG作为感应电机运行，需从电网吸收大量无功进行励磁，不利于电网电压的恢复，且附加的保护电路也会增加系统成本。控制类通常增加前馈补偿和采用灭磁控制及其派生方案。前馈补偿基本不改变传统矢量控制结构，仅在前向通道添加电压或电流补偿项，如在转子电压参考指令计算中加入电压动态补偿，但这种方法对抑制转子电流峰值未能达到最优，且控制方式复杂。
[0004]在故障发生后再采用调整DFIG无功出力的措施可抑制转子过电流，但响应速度慢且抑制效果差。对于参数优化，传统智能算法计算量大且容易陷入局部优化。基于轨迹灵敏度的优化多采用摄动法，但是每次优化的摄动法需要两次时域仿真，计算量大，且每次只能得到一个参数的轨迹灵敏度。因此，为抑制转子过电流，有必要设计一种基于预想故障的抑制DFIG转子过电流的简便无功优化方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提供一种基于轨迹灵敏度解析的DFIG转子过电流抑制方法，以期能抑制故障穿越下DFIG转子过电流，从而提升DFIG故障穿越能力。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0007]本专利技术一种基于轨迹灵敏度解析的DFIG转子过电流抑制方法的特点在于，包含以下步骤：
[0008]S1、求解DFIG网侧变流器的无功功率设定值和DFIG无功功率设定值的取值范围；
[0009]S2、定义所述DFIG网侧变流器的无功功率设定值与DFIG无功功率设定值
的分配系数λ，求解所述分配系数λ的上下限，对所述DFIG无功功率设定值及分配系数λ求取稳态轨迹灵敏度初值；
[0010]S3、建立故障穿越下转子电流峰值对所述DFIG无功功率设定值及分配系数λ的轨迹灵敏度解析式；
[0011]S4、在转子电流峰值处定义分配系数λ对DFIG无功功率设定值的灵敏度α；
[0012]S5、以转子电流峰值为目标，考虑无功出力约束，从而构建抑制转子过电流的无功功率优化模型；
[0013]S6、通过内点法对抑制转子过电流的无功功率优化模型进行求解，并通过DFIG无功功率设定值和灵敏度α调整分配系数λ，从而得到DFIG无功功率设定值的最优值和分配系数λ的最优值。
[0014]本专利技术所述的基于轨迹灵敏度解析的DFIG转子过电流抑制方法的特点也在于，所述S1包括：
[0015]S1.1、根据DFIG网侧变流器的容量限制，利用式(1)计算网侧变流器无功功率设定值的出力范围：
[0016][0017]式(1)中，S
GSC
为DFIG网侧变流器的容量，P
DFIG
为DFIG的有功出力，s为转子转差，Q
g
为网侧变流器流向定子节点的无功功率，在DFIG稳态运行时，令
[0018]S1.2、根据稳态下定子、转子电流约束，利用式(2)和式(3)得到定子节点无功功率出力Q
sm
的范围：
[0019][0020][0021]式(2)和式(3)中，r
s
为转子侧无功出力范围半径，r
r
为定子侧无功出力范围半径，R
s
和X
s
分别为定子电阻和电抗，X
m
为激磁电抗，V
s
为定子电压，I
smax
和I
rmax
分别为稳态下定子、转子电流最大值。
[0022]S1.3、根据DFIG网侧变流器的容量限制和定子、转子电流约束，利用式(4)得到DFIG无功功率设定值的范围：
[0023][0024]式(4)中，表示DFIG无功功率设定值运行范围上限，表示DFIG无功功率运行范围下限。
[0025]所述S2是按如下步骤进行：
[0026]S2.1、利用式(5)定义DFIG网侧变流器的无功功率设定值与DFIG无功功率设定值的分配系数λ，并利用式(6)确定分配系数λ的上下限：
[0027][0028][0029]式(6)中，λ
min
为分配系数λ的下限，λ
max
为分配系数λ的上限；
[0030]S2.2、将DFIG无功功率设定值和分配系数λ作为参数a，利用式(7)描述DFIG动态模型：
[0031][0032]式(7)中，f为微分方程，g为代数方程，x为状态变量，y为代数变量，表示状态变量x对时间的导数；
[0033]S2.3、根据式(7)对参数a求导，从而利用式(8)得到DFIG动态模型对参数a的偏导方程：
[0034][0035]式(8)中，x
a
、y
a
分别为状态变量x和代数变量y对参数a的偏导，表示状态变量x对时间的导数再对参数a的偏导，f
x
、f
y
、f
a
分别为微分方程f对状态变量x、代数变量y、参数a的偏导，g
x
、g
y
、g
a
分别为代数方程g对状态变量x、代数变量y、参数a的偏导；
[0036]S2.4、将DFIG无功功率设定值和分配系数λ作为参数a，利用式(9)得到状态变量x和代数变量y对参数a的稳态轨迹灵敏度初值x
a0
和y
a0
：
[0037][0038]所述S3是按如下步骤进行：
[0039]S3.1、利用式(10)求得n+1时刻下的状态变量x和y分别对参数a的轨迹灵敏度S3.1、利用式(10)求得n+1时刻下的状态变量x和y分别对参数a的轨迹灵敏度
[0040][0041]式(10)中，I为单位矩阵，分别为n时刻下状态变量x和代数变量y对参数a的偏导，当n＝0时，令分别为n时刻下的微分方程f对状态变量x、代数变量y、参数a的偏导；分别为n+1时刻下的状态变量x和代数变量y对参数a的偏导，分别为n时刻下的微分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于轨迹灵敏度解析的DFIG转子过电流抑制方法，其特征在于，包含以下步骤：S1、求解DFIG网侧变流器的无功功率设定值和DFIG无功功率设定值的取值范围；S2、定义所述DFIG网侧变流器的无功功率设定值与DFIG无功功率设定值的分配系数λ，求解所述分配系数λ的上下限，对所述DFIG无功功率设定值及分配系数λ求取稳态轨迹灵敏度初值；S3、建立故障穿越下转子电流峰值对所述DFIG无功功率设定值及分配系数λ的轨迹灵敏度解析式；S4、在转子电流峰值处定义分配系数λ对DFIG无功功率设定值的灵敏度α；S5、以转子电流峰值为目标，考虑无功出力约束，从而构建抑制转子过电流的无功功率优化模型；S6、通过内点法对抑制转子过电流的无功功率优化模型进行求解，并通过DFIG无功功率设定值和灵敏度α调整分配系数λ，从而得到DFIG无功功率设定值的最优值和分配系数λ的最优值。2.根据权利要求1所述的基于轨迹灵敏度解析的DFIG转子过电流抑制方法，其特征在于，所述S1包括：S1.1、根据DFIG网侧变流器的容量限制，利用式(1)计算网侧变流器无功功率设定值的出力范围：式(1)中，S
GSC
为DFIG网侧变流器的容量，P
DFIG
为DFIG的有功出力，s为转子转差，Q
g
为网侧变流器流向定子节点的无功功率，在DFIG稳态运行时，令S1.2、根据稳态下定子、转子电流约束，利用式(2)和式(3)得到定子节点无功功率出力Q
sm
的范围：的范围：式(2)和式(3)中，r
s
为转子侧无功出力范围半径，r
r
为定子侧无功出力范围半径，R
s
和X
s
分别为定子电阻和电抗，X
m
为激磁电抗，V
s
为定子电压，I
smax
和I
rmax
分别为稳态下定子、转子电流最大值。S1.3、根据DFIG网侧变流器的容量限制和定子、转子电流约束，利用式(4)得到DFIG无功功率设定值的范围：
式(4)中，表示DFIG无功功率设定值运行范围上限，表示DFIG无功功率运行范围下限。3.根据权利要求2所述的基于轨迹灵敏度解析的DFIG转子过电流抑制方法，其特征在于，所述S2是按如下步骤进行：S2.1、利用式(5)定义DFIG网侧变流器的无功功率设定值与DFIG无功功率设定值的分配系数λ，并利用式(6)确定分配系数λ的上下限：的分配系数λ，并利用式(6)确定分配系数λ的上下限：式(6)中，λ
min
为分配系数λ的下限，λ
max
为分配系数λ的上限；S2.2、将DFIG无功功率设定值和分配系数λ作为参数a，利用式(7)描述DFIG动态模型：式(7)中，f为微分方程，g为代数方程，x为状态变量，y为代数变量，表示状态变量x对时间的导数；S2.3、根据式(7)对参数a求导，从而利用式(8)得到DFIG动态模型对参数a的偏导方程：式(8)中，x
a
、y
a
分别为状态变量x和代数变量y对参数a的偏导，表示状态变量x对时间的导数再对参数a的偏导，f
x
、f
y
、f
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分别为微分方程f对状态变量x、代数变量y、参数a的偏导，g
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、g
y
、g
a
分别为代数方程g对状态变量x、代数变量y、参数a的偏导；S2.4、将DFIG无功功率设定值和分配系数λ作为参数a，利用式(9)得到状态变量x和代数变量y对参数a的稳态轨迹灵敏度初值x
a0
和y
a0
：
4.根据权利要求3所述的基于轨迹灵敏度解析的DFIG转子过电流抑制方法，其特征在于，所述S3是按如下步骤进行：S3.1、利用式(10)求得n+1时刻下的状态变量x和y分别对参数a的轨迹灵敏度S3.1、利用式(10)求得n+1时刻下的状态变量x和y分别对参数a的轨迹灵敏度S3.1、利用式(10)求得n+1时刻下的状态变量x和y分别对参数a的轨迹灵敏度式(10)中，I为单位矩阵，分别为n时刻下状态变量x和代数变量y对参数a的偏导，当n＝0时，令导，当n＝0时，令分别为n时刻下的微...

【专利技术属性】
技术研发人员：李生虎，赵启锐，朱争高，宫俊伟，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：