一种基于动态电压指令值的高低电压穿越控制方法及系统

本发明涉及风力发电系统故障电压穿越控制技术领域，具体涉及一种基于动态电压指令值的高低电压穿越控制方法及系统。

背景技术：

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

目前风电正处于稳定上升的发展趋势，因其绿色清洁的能源优势迅速成为建设低碳电网的重要组成部分。随着电网中风电机组高比例大规模的持续渗透，电网的安全稳定运行面临着更多严峻挑战。风电机组不具备故障电压穿越能力而造成大面积连锁脱网的问题更为突出。因此，有必要完善对风电系统低、高电压穿越技术的研究。

考虑到现有的风电系统故障穿越控制方案中，大多数仍需要控制模式上的切换，且一般只能实现单一的控制目标，即只能实现风电机组的低电压穿越运行或高电压穿越运行，所以如何同时兼容低、高电压穿越能力也是亟待解决的难点问题之一，而相关的参数选取和设计，更是成为确保控制系统收获良好控制性能的重点关键环节。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于动态电压指令值的高低电压穿越控制方法及系统，基于动态电压指令值的变化确定比例系数的取值，且比例系数取值仅与电机中的互感参数有关，易于高低电压穿越控制方案的实现，有利于提高风电系统的高低电压穿越运行能力。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种基于动态电压指令值的高低电压穿越控制方法，包括：

对获取的定子动态电压指令值基于比例系数得到无功分量指令值的生成模型；

对定子动态电压指令值进行恒等变形，并对无功分量指令值的生成模型进行等效处理后，得到正常运行工况下电压指令值和无功电流指令值的等效模型；

根据电压指令值和无功电流指令值的等效模型得到比例系数的取值范围；

根据比例系数的取值对高低电压穿越进行控制。

第二方面，本发明提供一种基于动态电压指令值的高低电压穿越控制系统，包括：

比例系数引入模块，被配置为对获取的定子动态电压指令值基于比例系数得到无功分量指令值的生成模型；

等效模型构建模块，被配置为对定子动态电压指令值进行恒等变形，并对无功分量指令值的生成模型进行等效处理后，得到正常运行工况下电压指令值和无功电流指令值的等效模型；

取值范围确定模块，被配置为根据电压指令值和无功电流指令值的等效模型得到比例系数的取值范围；

穿越控制模块，被配置为根据比例系数的取值对高低电压穿越进行控制。

第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成第一方面所述的方法。

第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成第一方面所述的方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明中比例系数k1、k2的选取仅与风力发电机中定转子间的互感参数lm有关，因此基于动态电压指令值变化的高低电压穿越控制策略易于实现，且其良好的控制性能可通过及时修正比例系数k1、k2的大小实现。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1提供的基于动态电压指令值的无功分量指令值生成模块示意图；

图2为本发明实施例1提供的无功分量指令值生成模块的一般化示意图；

图3为本发明实施例1提供的等效处理后的无功分量指令值生成模块示意图；

图4为本发明实施例1提供的正常运行工况下的等效串联结构示意图；

图5为本发明实施例1提供的比例系数k1和k2参与的等效串联结构的一般形式示意图；

图6(a)-6(d)为本发明实施例1提供的电网电压对称骤升至1.3倍高电压，选取比例系数k1＝0.06和k2＝5.5时，机端电压幅值、dfig输出无功功率、定子磁链幅值和电磁转矩的仿真波形对比图；

图7(a)-7(d)为本发明实施例1提供的电网电压对称跌落至0.7倍低电压，选取比例系数k1＝0.13和k2＝2.6时，机端电压幅值、dfig输出无功功率、定子磁链幅值和电磁转矩的仿真波形对比图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

本实施例提供一种基于动态电压指令值的高低电压穿越控制方法，包括：

s1：对获取的定子动态电压指令值基于比例系数得到无功分量指令值的生成模型；

s2：对定子动态电压指令值进行恒等变形，并对无功分量指令值的生成模型进行等效处理后，得到正常运行工况下电压指令值和无功电流指令值的等效模型；

s3：根据电压指令值和无功电流指令值的等效模型得到比例系数的取值范围；

s4：根据比例系数的取值对高低电压穿越进行控制。

在所述步骤s1中，图1为基于动态电压指令值变化的高低电压穿越控制中无功电流指令值的生成模块，考虑到不同型号的双馈异步发电机具有不同的电机参数，本实施例将图1所示的电压开环控制结构改为图2所示的一般形式，引入k1和k2两个比例系数。

在所述步骤s2中，获取的定子动态电压指令值为：

对其进行恒等变形得到：

式中，ψs(t)与ψs(t-δt)为瞬时磁链幅值，分别对应小时间窗口δt前、后两个时刻的定子磁链幅值；表示不断改变的动态电压指令值；uref＝1pu，表示风力发电机所接电网处额定电压的参考值；ω1为同步角速度。

当系统处于正常稳态运行时，双馈异步风力发电机的定子电压us(t)将等于1pu，即为额定电压uref，且考虑到此刻的定子电压幅值和定子磁链幅值间将满足关系us(t)＝ω1·ψs(t)，故式(2)的右边在正常运行工况下应为0，此时，式(2)将演变为：

通过上式可以看出，此刻的电压指令值可由δt前的磁链信息计算得到；这是因为系统在正常稳定运行时，发电机内部为一圆形旋转磁场，合成的定子磁链矢量的幅值并不会出现较大波动，每一时刻的磁链幅值都将近似保持相等，即ψs(t-δt)≈ψs(t)。

在所述步骤s2中，对无功分量指令值生成模块进行等效处理过程如图3所示，等效处理后，得到如图4所示的正常运行工况下电压指令值和电流指令值的等效串联模型。

在所述步骤s3中，根据电压指令值和无功电流指令值的等效模型，得到比例系数k1和k2参与的等效串联模型的一般形式，如图5所示，继而通过图4和图5两个等效串联结构的对比，得到比例系数k1和k2所满足的等式关系，如下：

式中，lm为dq旋转坐标系下的等效互感。

在本实施例中，比例系数k1、k2的选取仅与电机参数lm有关，所以这种基于动态电压指令值变化的高低电压穿越控制策略将易于实现。

在本实施例中，基于matlab/simulink仿真平台搭建风力发电系统仿真模型，通过两组仿真验证所提出的比例系数选取方法的正确性。利用仿真模型参数ω1＝1pu和lm＝2.9pu，代入式(4)能够计算得到理论上比例系数取值应满足的关系为：k1·k2≈0.344；

图6(a)-6(d)为电网电压25kv处对称骤升至1.3倍高电压，选取比例系数k1＝0.06和k2＝5.5时，机端电压幅值、风力发电机输出无功功率、定子磁链幅值和电磁转矩的仿真结果，此时对应计算得到k1·k2＝0.33；

图7(a)-7(d)为电网电压25kv处对称跌落至0.7倍低电压，选取比例系数k1＝0.13和k2＝2.6时，机端电压幅值、风力发电机输出无功功率、定子磁链幅值和电磁转矩的仿真结果，此时对应计算得到k1·k2＝0.338。

可以看出，实际选取的比例系数k1和k2的乘积与利用模型参数计算得到的理论值0.344相近，说明本实施例所提出的式(4)作为基于动态电压指令值变化的高低电压穿越控制中比例系数的选取依据是正确可行的，能够通过在不同故障条件下及时修正k1、k2所占比例的大小来确保收获较好的控制性能，有利于风电系统实现故障穿越运行。

实施例2

本实施例提供一种基于动态电压指令值的高低电压穿越控制系统，包括：

比例系数引入模块，被配置为对获取的定子动态电压指令值基于比例系数得到无功分量指令值的生成模型；

等效模型构建模块，被配置为对定子动态电压指令值进行恒等变形，并对无功分量指令值的生成模型进行等效处理后，得到正常运行工况下电压指令值和无功电流指令值的等效模型；

取值范围确定模块，被配置为根据电压指令值和无功电流指令值的等效模型得到比例系数的取值范围；

穿越控制模块，被配置为根据比例系数的取值对高低电压穿越进行控制。

此处需要说明的是，上述模块对应于实施例1中所述的步骤，上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例1所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为系统的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。

在更多实施例中，还提供：

一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成实施例1中所述的方法。为了简洁，在此不再赘述。

应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元cpu，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器dsp、专用集成电路asic，现成可编程门阵列fpga或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。

一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成实施例1中所述的方法。

实施例1中的方法可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例描述的各示例的单元即算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。