速&旋转两相坐标系，下标s和r分别表示定子侧的变量和转子侧变量。
[0017] 由式（25)和式（26)可以得到：
//为定子电流的额定值，W/为定子磁链的实际值。通过定转子磁链与定转子电流的 关系，以及转子磁链弱磁控制方法，得到纖大小，在故障期间厕以随W/变换自适应改 变，实现对转子磁链的实时最优控制。故障瞬间的值最大，此时戚X最大值，由式（28) 可以看出，屬_大，转子故障电流值越小，因此可以实现故障瞬间对转子电流有效地控制， 故障瞬间对转子过电流的控制尤为重要。双馈风力发电机定子侧直接与电网相连，定子侧 电流的畸变对电网危害很大，因此故障期间//取额定值，以实现故障期间对定子电流的调 节，控制定子电流在其允许的最大电流以内，最后将得到的以转子转速&旋转的两相转子 坐标系下的转子磁链给定值，经过坐标转换，得到两相同步旋转坐标系下的转子磁链给定 值。
[0019] 评估转子磁链的价值函数为：
式中：A/U+1)、A/U+1)分别为k+i时刻A清由转子磁链的给定值；WmU+1)、U飪1)分别为k+i时亥丨JA忒由转子磁链的预测值；选择出使价值函数最小的电压矢量作 用于变换器。
[0020] 当电网电压稳态运行时，采用模型预测控制，不需要PI控制器，避免了电网故障 大扰动下控制器饱和问题。根据价值函数选出最优的电压矢量作用于变换器，采样频率高， 控制结构简单，精度高，对有功功率和无功功率进行了控制。
[0021] 当电网电压跌落时，设置控制系统控制频率为正常时的2倍，采用转子磁链预测 控制方法，通过预测转子磁链选择出最优的电压矢量作用于转子侧变换器，实现转子磁链 与定子磁链的同步控制，减弱定子磁链对转子磁链的故障冲击，从而降低转子故障过电流， 该控制方法可以控制故障电流在1. 5-1. 6倍额定电流以内，电磁转矩波动较小，提高了双 馈风力发电机故障期间不脱网的能力。
[0022] 当电网正常运行时，采用模型预测控制，如图2所示的控制。当电网电压跌落时， 采用转子磁链预测控制，如图3所示的控制。其具体步骤如下：（1)、当电网电压正常运行 时，采集三相定子电压《S3、wse，三相定子电流Aa、三相转子电流义3、Aa、Ae，检 测转子角速度义进行积分运算得到1;(2)、将三相定子电压《 S3、《sA、，三相定子电 流iS3、isA、经过坐标转换得到两相静止坐标系下的两相定子电压和两相定子 电流is(7、iSje，由此计算出定子磁链空间位置角度，将两相定子电压两相定子 电流is(7、iSje，三相转子电流i"、irt、经过坐标转换得到两相同步旋转坐标系下的定子 电压Wsg，定子电流isrf、isg，转子电流iq;(3)、将两相同步旋转坐标系下的定子电 流iS(/、iSl7，转子电流&，定子自感4，转子自感4?和定转子间互感4进行定子磁链和 转子磁链计算得到定子磁链A清自分量Ws,、转子磁链A清自分量W (4)、
，转子侧变换器电压分别由八个电压矢量表不，其中六个^为有效矢量，二 个％和77为零矢量，将八个电压矢量以及k时刻的变量代入离散公式中，得 到k+1时刻不同电压矢量预测下的电流；（7)、评估转子电流的价值函数如下：
为k+i时刻A轴电流的给定值，4U+1)、iqU+1)分别为k+i时刻A轴电流的预测 值，选择出使价值函数最小的电压矢量作用于变换器；（8)、当电网电压跌落时，设置控制 系统的控制频率提高1倍，转子侧变换器采用转子磁链预测控制，双馈风力发电机在同
定子电流额定值，为定子磁链实际值，上标r表示以转子速度义旋转的两相坐标 系，下标s表示定子侧的变量，故障期间W/变换自适应改变，实现对转子磁链的实 时最优控制，将得到的以转子转速&旋转的两相转子坐标系下的转子磁链给定值，经 过坐标转换，得到两相同步旋转坐标系下的转子磁链给定值；（10)、评估转子磁链价值函
'/U+1)分别为k+1时刻A清由转子磁链的给定值，屮mU+1)、'#+1)分别为k+1时 刻A^轴转子磁链的预测值，选择出使价值函数最小的电压矢量作用于变换器。
[0023] 图4为电网电压正常时和电网电压跌落时采用不同控制方法的运行结果图。在 0-0. 3s，电网电压正常运行时，转子侧变换器采用模型预测控制，此控制方法可以很好地控 制转子电流的正弦度，并且电磁转矩基本没有波动；在〇. 3s，电网电压发生三相对称跌落 70%故障，通过对转子磁链进行预测控制，使转子故障电流控制在1. 5-1. 6倍额定电流以 内，电磁转矩波动较小，提高了双馈风力发电机故障期间不脱网的能力。
[0024] 图5为电网电压正常时和电网电压跌落时采用不同控制方法的运行结果图。在 0-0. 3s，电网电压正常运行时，转子侧变换器采用模型预测控制，此控制方法可以很好地控 制转子电流的正弦度，并且电磁转矩基本没有波动；在〇. 3s，电网电压发生单相对称跌落 90%故障，通过对转子磁链进行预测控制，使转子故障电流控制在1. 5-1. 6倍额定电流以 内，电磁转矩波动较小，提高了双馈风力发电机故障期间不脱网的能力。
[0025] 以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该 了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原 理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入 本发明保护的范围内。
【主权项】
1.双馈风力发电机不脱网的模型预测控制方法，其特征在于：当电网正常运行时，采 用模型预测控制，当电网电压跌落时，采用转子磁链预测控制，该转子磁链预测控制的具体 步骤为： (1) 、当电网电压正常运行时，采集三相定子电压wS3、wsA、Wse，三相定子电流iS3、isA、ise， 三相转子电流检测转子角速度义进行积分运算得到I; (2) 、将三相定子电压wS3、wsA、Wse，三相定子电流iS3、isA、ise经过坐标转换得到两相静止 坐标系下的两相定子电压和两相定子电流is(7、is/；，由此计算出定子磁链空间位置 角度P1，将两相定子电压两相定子电流is(7、iSje，三相转子电流43、4、4经过坐 标转换得到两相同步旋转坐标系下的定子电压《S17，定子电流isrf、iSl7，转子电流 (3) 、将两相同步旋转坐标系下的定子电流isrf、isg，转子电流iq，定子自感Zs，转子 自感4和定转子间互感4进行定子磁链和转子磁链计算得到定子磁链0<7轴分量$m、 W转子磁链么清自分量W^(5)、基于定子磁链定向的双馈风力发电机转子电压方程为：， 式中分别为转子电压在两相同步旋转坐标系下A轴分量，忍为转子电阻，换器电压分别由八个电压矢量表示，其中六个^-K6为有效矢量，二个^和K7S零矢量，将 八个电压矢量以及k时刻的变量代入离散公式中，得到k+1时刻不同电压矢量预测下的电 流；中4/U+1)、A/U+1)分别为k+i时刻A▽轴电流的给定值，4U+1)、4U+1)分别为k+1时刻A7轴电流的预测值，选择出使价值函数最小的电压矢量作用于变换器； (8)、当电网电压跌落时，设置控制系统的控制频率提高：倍，转子侧变换器采 用转子磁链预测控制，双馈风力发电机在同步旋转坐标系下的转子电压公式分别为：为定子电流额定值，为定子磁链实际值，上标r表示以转子速度义旋转的两相坐标系， 下标s表示定子侧的变量，故障期间W/变换自适应改变，实现对转子磁链的实时最 优控制，将得到的以转子转速义旋转的两相转子坐标系下的转子磁链给定值，经过坐标转 换，得到两相同步旋转坐标系下的转子磁链给定值；'/U+1)、'/U+1)分别为k+1时刻A轴转子磁链的给定值，屮mU+1)、'#+1)分 别为k+1时刻A轴转子磁链的预测值，选择出使价值函数最小的电压矢量作用于变换器。
【专利摘要】本发明公开了一种双馈风力发电机不脱网的模型预测控制方法，电网电压跌落时，采用转子磁链预测控制方法，通过预测转子磁链选择出最优的电压矢量作用于转子侧变换器，实现转子磁链与定子磁链的同步控制，减弱定子磁链对转子磁链的故障冲击，从而降低转子故障过电流。与稳态时的模型预测控制相比，在电网故障时采用的转子磁链预测方法的控制频率提高1倍，对故障响应速度更快，故障状态下可以有效地控制转子电流在1.5-1.6倍额定电流以内，电磁转矩波动较小，提高了双馈风力发电机故障期间不脱网的能力。
【IPC分类】H02P21/00
【公开号】CN104967383
【申请号】CN201510393199
【发明人】王萌, 逯亚莹, 施艳艳, 杨新伟, 高金辉
【申请人】河南师范大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年7月7日