[發明專利]雙饋風力發電機最大功率點自適應跟蹤控制方法及系統

在審

• 申請號: 202010092944.1
• 申請日: 2020-02-14
• 公開（公告）號: CN111181455A
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 孫玉亮;徐艷霞
• 申請（專利權）人: 山東水利職業學院
• 主分類號: H02P9/30
• 分類號: H02P9/30;H02P21/00;H02P21/13;H02P21/14;H02P21/12;H02J1/10;H02P101/15;H02P103/10
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

本公開提供了一種雙饋風力發電機最大功率點自適應跟蹤控制方法及系統，根據風力機捕獲到風能的功率公式，推導出捕獲的風能最大功率點與DFIG轉子角頻率關系的公式，得到不同風速下最佳的轉子角頻率，作為DFIG系統最大功率點跟蹤對象；構建d/q同步坐標系下的DFIG數學模型，采用自適應控制方法對單環反饋線性化解耦后電阻不確定系統進行最大功率點跟蹤控制。

技術領域

本公開屬于風力發電機最大功率點跟蹤控制技術領域，具體涉及一種基于直流并網電阻不確定的雙饋風力發電機最大功率點自適應跟蹤控制方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

雙饋感應發電機(DFIG)是最常用的風力發電機。風電場并網有交流和直流兩種拓撲方案。當海上風電場與陸地的距離超過80km，必須采用柔性直流并網。然而，傳統的DFIG系統需要附加設備才能連接到直流電網。因此，各種直接連接直流并網網的DFIG變流器系統被提出。一種方法是采用基于IGBT的定子側變流器(stator sideconverter SSC)和轉子側變流器(rotor side converter RSC)，它們分別將DFIG的定子和轉子連接到直流電網，如圖1所示。這種新結構的優點是有效降低發電過程中電流諧波對電網的影響，并且定子磁通及電流不再受交流電網的限制，可以根據系統需求靈活調整。

然而，新的結構增加了定子側變流器，因此輸入和狀態變量是傳統結構的2倍。同時，它也帶來了更復雜的耦合，原來傳統結構時的控制方法不能繼續使用。近年來，許多學者致力于研究新結構的控制算法，常見的算法是使用系統線性化模型實現大功率點跟蹤。然而，據發明人了解，大多數線性化方法需要精確的電機參數，例如定子和轉子電阻。一般情況下，電機運行過程中的溫度和集膚效應會改變電機的電阻阻值，對電機的性能產生很大影響，降低系統的可靠性，特別是當風電機組在運行過程中經常遇到隨機工況時。因此，當風機的標稱參數偏離實際值時，依賴精確參數的線性化控制算法就不能保證系統的運行性能。

為了避免線性化方法帶來的負面影響，學者們研究了非線性控制和智能控制方法，并將其應用于傳統的基于交流并網的DFIG系統，但這些策略不能直接應用于基于直流并網的DFIG。

發明內容

本公開為了解決上述問題，提出了一種基于直流并網雙饋風力發電機最大功率點自適應跟蹤控制方法及系統，本公開能夠對基于直流并網的DFIG電阻不確定系統進行自適應控制，以實現最大功率點跟蹤控制目標，以達到指定的系統性能。

根據一些實施例，本公開采用如下技術方案：

一種直流并網雙饋風力發電機最大功率點自適應跟蹤控制方法，包括以下步驟：

根據風力機捕獲到風能的功率公式，推導出捕獲的風能最大功率點與DFIG轉子角頻率關系的公式，得到不同風速下最佳的轉子角頻率，作為DFIG系統最大功率點跟蹤對象；

構建d/q同步坐標系下的DFIG數學模型，采用自適應控制方法對單環反饋線性化解耦后電阻不確定系統進行最大功率點跟蹤控制。

作為可選擇的實施方式，構建d/q同步坐標系下的DFIG數學模型，并對其進行整理，對輸出進行求導，實現了從輸出到輸入的輸入輸出線性化。

作為可選擇的實施方式，采用模型參考自適應跟蹤控制算法實現對給定目標的跟蹤，根據最大功率點的控制要求，將輸出穩定在預定參考范圍內。

作為可選擇的實施方式，利用未知的有界常數，表示變化的電阻值。

作為可選擇的實施方式，構建基于變化的電阻值的誤差模型，針對誤差模型設計協同自適應反饋線性化控制器，考慮自適應率，得到最終的控制器。

一種直流并網雙饋風力發電機最大功率點自適應跟蹤控制系統，包括：