[發(fā)明專利]基于分塊互聯(lián)模型和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的直驅(qū)風(fēng)機(jī)動(dòng)態(tài)擬合方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210272356.5
• 申請(qǐng)日: 2022-03-18
• 公開（公告）號(hào): CN114611402B
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 付強(qiáng);杜文娟;代曉峰;王海風(fēng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/27
• 分類號(hào): G06F30/27;G06N3/04;G06N3/08;G06Q50/06
• 代理公司: 成都方圓聿聯(lián)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51241
• 代理人: 鄧永紅

1.基于分塊互聯(lián)模型和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的直驅(qū)風(fēng)機(jī)動(dòng)態(tài)擬合方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1.構(gòu)建PMSG分塊化模型；

S2.構(gòu)建RNN結(jié)構(gòu)模型；

S3.采用基于仿真軟件的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建模，通過搭建直驅(qū)風(fēng)機(jī)并網(wǎng)仿真模型來獲取不同工況下的運(yùn)行數(shù)據(jù)，作為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型的樣本數(shù)據(jù)，進(jìn)而建立等效模型,并據(jù)此進(jìn)行基于RNN算法的PMSG分塊化動(dòng)態(tài)擬合；

所述步驟S1包括：

S101.給定PMSG基本結(jié)構(gòu)：包括PMSG轉(zhuǎn)子側(cè)、網(wǎng)側(cè)VSC和交流系統(tǒng)；

其中PMSG轉(zhuǎn)子側(cè)包括發(fā)電機(jī)和機(jī)側(cè)換流器，PMSG轉(zhuǎn)子側(cè)、網(wǎng)側(cè)VSC之間設(shè)置有直流電壓電容C_pf；U_dc為C_pf上的直流電壓；P_pg為PMSG轉(zhuǎn)子側(cè)輸出功率，P_ps為網(wǎng)側(cè)VSC輸出功率；V_sd、V_sq和I_sd、I_sq為網(wǎng)側(cè)VSC經(jīng)過dq軸變換后與外部系統(tǒng)交互的電壓電流；PCC為PMSG交與交流系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)；X_pf為網(wǎng)側(cè)濾波電抗；

PMSG并網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性中，風(fēng)速在短時(shí)間內(nèi)變化不大，不考慮風(fēng)速變化對(duì)其暫態(tài)穩(wěn)定性的影響；由此將直驅(qū)風(fēng)機(jī)動(dòng)態(tài)擬合分成4個(gè)小模塊，小模塊之間形成輸入輸出互聯(lián)的并行互聯(lián)系統(tǒng)，分別是：網(wǎng)側(cè)VSC控制模塊、同步機(jī)轉(zhuǎn)子傳動(dòng)模塊、槳距角控制模塊和電磁轉(zhuǎn)矩控制模塊；

四個(gè)模塊整體構(gòu)成PMSG控制模塊，設(shè)I_pgd、I_pgq是定子繞組電流的dq軸分量；α為槳距角；ω_r是PMSG轉(zhuǎn)子實(shí)際測量轉(zhuǎn)速；ν_p為空氣風(fēng)速；V_f為PMSG機(jī)側(cè)發(fā)電機(jī)端電壓；M_pg為PMSG輸入轉(zhuǎn)矩；θ_pll為鎖相環(huán)測量的相角；PWM為網(wǎng)側(cè)VSC控制輸出信號(hào)；

S102.構(gòu)建網(wǎng)側(cè)VSC控制模塊：

網(wǎng)側(cè)VSC通過調(diào)整輸出信號(hào)PWM脈寬，以維持直流電容C_pf上的電壓U_dc和輸出功率P_ps的穩(wěn)定：

式(1)中，ω₀為整個(gè)系統(tǒng)的公頻頻率；

網(wǎng)側(cè)VSC控制模塊的輸入為網(wǎng)側(cè)濾波X_pf線路上經(jīng)dq軸變換的電壓與電流和直流電容電壓；再根據(jù)電網(wǎng)頻率確定PWM波的輸出頻率，再根據(jù)鎖相環(huán)測量的相位θ_pll得到PWM脈沖信號(hào)，調(diào)節(jié)PWM脈寬寬度，從而實(shí)現(xiàn)直流電壓和輸出功率的穩(wěn)定，所以，其輸入信號(hào)為：V_sd、V_sq、I_sd、I_sq和θ_pll，輸出信號(hào)為：PWM；

S103.構(gòu)建同步機(jī)轉(zhuǎn)子模塊：

將PMSG轉(zhuǎn)子側(cè)，即發(fā)電機(jī)與機(jī)側(cè)換流器的abc三相電壓和電流進(jìn)行Park變換得到轉(zhuǎn)子dq軸的電壓和電流，由于PMSG的磁通為永磁體，根據(jù)磁通變化關(guān)系有，

式(2)中ψ_pgd、ψ_pgq是PMSG定子dq軸繞組磁通，I_pgd、I_pgq是定子繞組電流的dq軸分量，V_pgd、V_pgq定子繞組dq軸電壓，R_a是定子繞組電阻；

直驅(qū)風(fēng)機(jī)的定子繞組磁鏈方程為：

式(3)中X_pgd、X_pgq分別表示定子繞組的dq軸電抗；ψ_pg表示永磁體的磁通，由式(2)和式(3)一同構(gòu)成PMSG發(fā)電機(jī)模型，類似于同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)；其輸入信號(hào)為：I_pgd、I_pgq和ω_r，輸出信號(hào)為：V_f；

S104.構(gòu)建槳距角α控制模塊：

槳距角控制一般通過PMSG轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速ω_r與機(jī)側(cè)輸出功率P_pg反饋調(diào)節(jié)方式，經(jīng)過各自PI控制器分別獲得輸出信號(hào)α_ω和α_p，兩者共同調(diào)節(jié)槳距角的大小，α_ω可以實(shí)現(xiàn)直驅(qū)風(fēng)機(jī)最大風(fēng)功率追蹤，而α_p保持PMSG發(fā)電側(cè)輸出功率的穩(wěn)定；

將發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與額定參考值作比較后，經(jīng)過PI控制器得到α_ω；同理，將PMSG機(jī)側(cè)輸出功率與預(yù)設(shè)功率作比較，得到補(bǔ)償?shù)摩?Sub>p，兩者同時(shí)決定α的穩(wěn)定輸出；

當(dāng)PMSG機(jī)側(cè)轉(zhuǎn)子ω_r＞ω_rref時(shí)或P_pg＞P_pgref時(shí)，槳距角α?xí)龃螅藭r(shí)PMSG的葉片捕捉的風(fēng)能減小，以保證PMSG的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定，并且能以最大效率追蹤風(fēng)力的輸出功率，此時(shí)PMSG機(jī)側(cè)工作在最佳運(yùn)行工況下；其輸入信號(hào)為：ω_r和P_pg，輸出信號(hào)為：α；

S105.構(gòu)建電磁轉(zhuǎn)矩M_pg控制模塊：

根據(jù)風(fēng)電場風(fēng)速可以算出直驅(qū)風(fēng)機(jī)的輸入轉(zhuǎn)矩M_pg，表達(dá)式為，

式(4)中R為PMSG葉片半徑長度，γ為葉尖速，C_p為兩者的函數(shù)表達(dá)式；又根據(jù)葉尖速與槳距角的關(guān)系，

PMSG轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程為，

式(6)中M_pe表示PMSG轉(zhuǎn)子電磁轉(zhuǎn)矩；此電磁轉(zhuǎn)矩M_pg控制模塊的輸入為ν_p與α，根據(jù)風(fēng)速ν_p的變化，從而提高輸出為電磁轉(zhuǎn)矩M_pg的值，而槳距角α的輸入從而使整個(gè)機(jī)側(cè)成為一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)控制PMSG功率輸出的穩(wěn)定；其輸入信號(hào)為：α和ν_p，輸出信號(hào)為：M_pg。