專利名稱：雙饋風電機組一次調頻聯(lián)合控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及雙饋風電機組一次調頻控制方法，用以研究利用風力發(fā)電機的控制提高電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性，屬于風力發(fā)電技術領域。
背景技術：
近年來，可再生能源的開發(fā)利用越來越受到世界各國的廣泛重視，風能作為一種可持續(xù)發(fā)展的新能源，以其無污染性和可再生性，成為一種很有發(fā)展前途的綠色能源。風能和潮汐能、太陽能等能源相比，其利用率最高，具有可與常規(guī)發(fā)電方式比擬的競爭力。因此近幾年來我國的風力發(fā)電產(chǎn)業(yè)得到了迅速的發(fā)展，風電裝機容量不斷提高。在風力發(fā)電技術中，基于變速恒頻雙饋感應電機(DFIG)的風力發(fā)電系統(tǒng)與傳統(tǒng)的基于普通異步發(fā)電機的恒速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)相比具有明顯的優(yōu)勢，因此已逐漸成為風電市場的主流機型。由于雙饋風電機組控制系統(tǒng)使其機械功率與系統(tǒng)電磁功率的解耦、轉速與系統(tǒng)頻率的解耦，風力機轉子機械部分無法對系統(tǒng)頻率變化做出快速有效的響應，因此其旋轉動能對系統(tǒng)慣量的貢獻幾乎沒有。大量的雙饋風電機組接入電網(wǎng)替代部分常規(guī)發(fā)電機組，整個系統(tǒng)的慣量必然會受到影響而相對減少。已知系統(tǒng)的慣量與頻率降低的變化率有關，在電網(wǎng)發(fā)生嚴重的頻率降低事故時，慣量越低，系統(tǒng)頻率降低得越快，因此系統(tǒng)的頻率將更難控制。如今，越來越多的電力公司提出了嚴格的風電場并網(wǎng)技術導則，頻率控制能力是其中重要的技術要求之一。因此，要求風力發(fā)電能像常規(guī)發(fā)電廠一樣具有參與電網(wǎng)一次頻率的能力已成為一項重要而迫切的任務。國內外對雙饋風電機組頻率控制方式的研究主要包括三種方法1)轉子動能控制。雙饋風電機組的轉子中儲有大量的旋轉動能，通過增加附加的頻率控制環(huán)節(jié)控制轉子轉矩參考值，可實現(xiàn)在頻率下降時降低轉速，從而釋放葉片中的動能提供頻率支撐。2)備用功率控制。類似于同步發(fā)電機組運行時需要具有一定的備用容量，為了保證變速風機的功率儲備，風機必須運行在不是最大風能追蹤的工作點。一般可通過控制槳距角或調節(jié)功率轉速曲線，來使風機卸載運行，使有功功率參考值低于最佳功率曲線，從而保證一次調頻備用容量。在系統(tǒng)頻率大幅降低時，減小槳距角或運行至最優(yōu)功率轉速曲線上從而增加有功輸出，參與一次調頻。3)聯(lián)合控制。同時考慮轉子動能和備用功率控制。傳統(tǒng)的控制模式，包括轉子動能控制、備用功率控制、以及普通聯(lián)合控制，均需建立一個有效地系統(tǒng)數(shù)學模型，而對于DFIG風電機組，由于風速的不確定性和電力電子模型的復雜性，模型趨向于非線性和時變性，建立一套詳細完整的數(shù)學模型十分困難；另一方面，傳統(tǒng)控制方法的控制參數(shù)一般是依據(jù)經(jīng)驗人為確定的，具有很大的主觀性，而控制參數(shù)的變化對系統(tǒng)控制特性影響較大，因此所得控制參數(shù)魯棒性較差。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種雙饋風電機組頻率控制方法，無需精確的數(shù)學模型即可執(zhí)行控制功能，且其控制參數(shù)是根據(jù)系統(tǒng)的運行結構實時計算得出的，具有強的適應性和魯棒性。為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種雙饋風電機組一次調頻聯(lián)合控制方法，其特征在于，包括以下步驟(I)在雙饋風機控制系統(tǒng)中分別建立轉子動能控制模塊和備用功率控制模塊，轉子動能控制模塊和備用功率控制模塊的輸入變量均為頻率偏差，轉子動能控制模塊的輸出變量為轉矩參考值的修改量，備用功率控制模塊的輸入變量為槳距角參考值的修改量；(2)建立Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡，確定控制對象系統(tǒng)模型，且目標函數(shù)是電網(wǎng)發(fā)生頻率偏移時系統(tǒng)頻率變化最小，使控制對象的狀態(tài)變量對應于網(wǎng)絡權值，并將神經(jīng)元的輸出作為ro控制器的參數(shù)；(3)將目標函數(shù)表達式與標準能量函數(shù)表達式對應起來，推導得到連接權矩陣和網(wǎng)絡的偏值表達式；(4)將得到的連接權重矩陣和網(wǎng)絡輸入偏值矩陣代入Hopfield網(wǎng)絡的動態(tài)方程中，并取神經(jīng)元輸出的非線性特性為對稱型S非線性作用函數(shù)，推導得到控制器參數(shù)的變化規(guī)律。本發(fā)明所達到的有益效果發(fā)明的基于Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡的雙饋風電機組一次調頻聯(lián)合控制方法，根據(jù)頻率下降最小為目標采用Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡對控制器的參數(shù)進行了優(yōu)化設計，可以更合理的安排轉子動能控制和備用功率控制的聯(lián)合調頻。當系統(tǒng)發(fā)生頻率偏移時，風機即可實現(xiàn)釋放儲存在轉子葉片中的旋轉動能，并增加有功出力提供頻率支撐，能進一步緩解系統(tǒng)的頻率下降。采用的Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡控制器實現(xiàn)了參數(shù)自適應的功能，不易受外界環(huán)境變化的影響，能很快適應系統(tǒng)參數(shù)等發(fā)生的變化。


圖I為Hopfield神經(jīng)聯(lián)合控制示意圖；圖2為四機兩區(qū)域仿真系統(tǒng)；圖3為PSCAD中的神經(jīng)控制器A和神經(jīng)控制器B示意圖；圖4為神經(jīng)控制器A中的Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡示意圖；圖5為功率擾動各種策略下調頻曲線比較示意圖；圖6為風速擾動各種策略下調頻曲線比較示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明具體敘述如下(I)技術方案的第一部分綜合考慮轉子動能控制和備用功率控制，在雙饋風機控制系統(tǒng)中分別建立轉子動能控制模塊和備用功率控制模塊(見附圖I)。控制設計的核心是Hopfield神經(jīng)控制器A和Hopfield神經(jīng)控制器B，轉子動能控制模塊和備用功率控制模塊輸入變量均為頻率偏差△￡，輸出變量分別為轉矩參考值的修改量△ Iref和槳距角參考值的修改量△ 目的是優(yōu)化聯(lián)合控制的頻率控制特性。(2)技術方案的第二部分建立Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡，確定控制對象系統(tǒng)模型，并使網(wǎng)絡權值已知，對應于控制對象的狀態(tài)變量，將神經(jīng)元的輸出作為ro控制器參數(shù)，確定目標函數(shù)是頻率變化最小。由于電力電子變換器對電功率快速的控制，可以認為風電機組中頻率控制環(huán)節(jié)整體所調節(jié)的轉矩參考值修改量和槳距角參考值修改量與實際輸出之間沒有動態(tài)
權利要求
1.一種雙饋風電機組一次調頻聯(lián)合控制方法，其特征在于，包括以下步驟(1)在雙饋風機控制系統(tǒng)中分別建立轉子動能控制模塊和備用功率控制模塊，轉子動能控制模塊和備用功率控制模塊的輸入變量均為頻率偏差，轉子動能控制模塊的輸出變量為轉矩參考值的修改量，備用功率控制模塊的輸入變量為槳距角參考值的修改量；(2)建立Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡，確定控制對象系統(tǒng)模型，且目標函數(shù)是電網(wǎng)發(fā)生頻率偏移時系統(tǒng)頻率變化最小，使控制對象的狀態(tài)變量對應于網(wǎng)絡權值，并將神經(jīng)元的輸出作為 PD控制器的參數(shù)；(3)將目標函數(shù)表達式與標準能量函數(shù)表達式對應起來，推導得到連接權矩陣和網(wǎng)絡的偏值表達式；(4)將得到的連接權重矩陣和網(wǎng)絡輸入偏值矩陣代入Hopfield網(wǎng)絡的動態(tài)方程中， 并取神經(jīng)元輸出的非線性特性為對稱型S非線性作用函數(shù)，推導得到控制器參數(shù)的變化規(guī)律。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙饋風電機組一次調頻聯(lián)合控制方法，利用連續(xù)Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡對PD控制器參數(shù)進行在線優(yōu)化設計，建立了自適應能力較強的神經(jīng)控制器，能實現(xiàn)轉子動能和備用功率的聯(lián)合控制，以頻率變化最小作為目標函數(shù)，使網(wǎng)絡權值對應于系統(tǒng)狀態(tài)變量，并將神經(jīng)元的輸出作為PD控制器的參數(shù)，通過目標函數(shù)表達式與能量函數(shù)表達式的結合得到參數(shù)的變化規(guī)律，進而根據(jù)規(guī)律尋找穩(wěn)態(tài)的輸出。本發(fā)明利用PSCAD/EMTDC仿真平臺對神經(jīng)聯(lián)合控制策略進行了詳細地仿真研究，并與傳統(tǒng)頻率控制策略進行了比較，結果表明Hopfield神經(jīng)聯(lián)合控制具有更好的一次調頻控制效果。
文檔編號H02P21/00GK102594244SQ20121003776
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月20日 優(yōu)先權日2012年2月20日
發(fā)明者劉建坤, 孫蓉, 文樂斌, 李強, 李群, 柳偉, 顧偉, 顧天畏 申請人:東南大學, 江蘇省電力試驗研究院有限公司