基于DSP的參與二次調頻的雙饋型風力發電機交流勵磁控制系統及其工作方法技術方案

一種基于ＤＳＰ的參與二次調頻的風力發電機交流勵磁控制系統及其工作方法，它由信號調理模塊、中央數據處理模塊、功率管驅動模塊、變換器模塊、狀態監控及故障處理模塊五部分組成。它結合高性能的ＤＳＰ信號處理器，較好的克服現有傳統控制系統的缺點，不但能實現高功率因數輸出，最大限度利用風能資源；而且能穩定機端電壓，提高電能質量；在參與電力系統二次調頻的同時，提高電力系統的穩定性；它是一種速度快、精度高的控制系統。

【技術實現步驟摘要】
?基于DSP的參與二次調頻的雙饋型風力發電機交流勵磁控制系統及其工作方法(一)
：本專利技術屬于風力發電機交流勵磁控制
，尤其是一種基于DSP的參與二次調頻的雙饋型風力發電機交流勵磁控制系統及其工作方法。(二)
技術介紹
：隨著風力發電事業的迅猛發展，風力發電機組的單機容量和風力發電場的規模日益增大，由于風電注入而引起的電能質量問題和電力系統穩定性問題日益引起關注，并且傳統的風力發電機控制系統缺乏對電力系統進行二次調頻的能力，尋求解決上述問題的有效途徑之一是研制新型的風力發電機交流勵磁控制系統。目前已研究的雙饋型風力發電機交流勵磁控制系統存在靈敏度不高、抗干擾能力差、實時性不好、硬件電路復雜、可靠性低等缺點；更重要的是傳統控制系統不能自動參與電力系統的二次調頻任務。傳統控制系統在控制性能上難以滿足現代大容量風力發電機的要求。因此，專利技術新型風力發電機交流勵磁控制系統是非常重要的。(三)
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種基于DSP的參與二次調頻的雙饋型風力發電機交流勵磁控制系統，它結合高性能的DSP信號處理器，可較好的克服上述傳統控制系統的缺點，不但能實現高功率因數輸出，最大限度利用風能資源；而且能穩定機端電壓，提高電能質量；在參與電力系統二次調頻的同時，提高電力系統的穩定性；它是一種速度快、精度高的控制系統。本專利技術的技術方案：一種基于DSP的參與二次調頻的雙饋型風力發電機交流勵磁控制系統，其特征在于它包括信號調理模塊、中央數據處理模塊、功率管驅動模塊、變換器模塊和狀態監控及故障處理模塊五部分組成，所說的信號調理模塊的輸入端連接變換器模塊的輸出端，信號調理模塊的輸出端連接中央數據處理模塊的輸入端；所說的中央數據處理模塊的輸出端連接功率管驅動模塊的輸入端，并與風力發電機的槳距控制系統和控制面板雙向連接；所說的功率管驅動模塊-->的輸出端連接變換器模塊各個IGCT門極輸入端和狀態監控及故障處理模塊的輸入端；所說的狀態監控及故障處理模塊的輸入端連接變換器模塊的輸出端和功率管驅動模塊的輸出端，其輸出端連接中央數據處理模塊的輸入端。上述所說的信號調理模塊由電壓、電流交流采樣前端電路、頻率方波變換電路、轉速反饋接口電路、風速采集接口電路構成；所說的交流采樣前端電路將采集的電壓、電流信號處理后送入中央數據處理模塊的A/D模塊輸入端；所說的頻率方波變換電路將電壓信號變換為方波信號輸入到中央數據處理模塊的捕捉模塊輸入端；所說的轉速反饋接口電路將光電編碼器輸出的信號經過處理后送到中央數據處理模塊的捕捉模塊輸入端；所說的風速采集接口電路將風速傳感器信號經過處理后送到中央數據處理模塊的捕捉模塊輸入端。上述所說的中央數據處理模塊主要由DSP芯片、CAN總線接口、電源管理電路、晶振電路、數據總線驅動電路、串行通信接口電路構成；電源管理模塊的輸出給DSP芯片；晶振電路的時鐘信號輸出給DSP芯片；數據總線驅動電路輸出給DSP芯片，完成數據緩沖和電平轉換；串行通信接口電路實現與風力發電機槳距控制系統的雙向連接，實現槳距角的調節；CAN總線接口實現與控制面板的雙向連接；中央數據處理模塊中DSP芯片的應用使得系統不但能實時快速地實現各種數字信號處理算法，而且簡化了控制系統的電路，提高了抗干擾能力；通過中央數據處理模塊對各個模塊的協調控制實現二次調頻的功能。上述所說的功率管驅動模塊由光電隔離電路、功率放大電路、隔離電源電路、IGCT過流檢測電路構成。功率管驅動模塊將輸入的空間矢量脈沖寬度調制(SVPWM)信號經光電隔離、三極管放大，然后提供給變換器模塊；當檢測到IGCT過流時，IGCT過流檢測電路輸出報警信號到狀態監控及故障處理模塊。上述所說的變換器模塊由轉子側變換器、電網側變換器、直流側、IGCT緩沖電路、過壓、欠壓檢測傳感器和過流、過熱檢測傳感器構成；電網側變換器的輸入端連接電網，輸出端連接直流側的輸入端；直流側的輸出連接轉子側變換器的輸入端；轉子側變換器的輸出端連接風力發電機轉子繞組；所說的轉子側變換器由6個IGCT單元構成三相橋式電路；電網側變換器由6個IGCT單元構成三相橋式電路。來自功率-->管驅動模塊的控制信號控制IGCT的通斷，產生所需的三相交流勵磁電源，實現對發電機定子電壓、轉速、功率等量的調節控制。而且通過對轉子側變換器和電網側變換器的控制實現轉子側電能與電網電能的雙向流動，實現雙饋功能。上述所說的狀態監控及故障處理模塊由直流側過壓、欠壓檢測電路、直流側過流、過熱檢測電路、交流電源缺相檢測電路、IGCT過流檢測通道構成；其中直流側過壓、欠壓檢測電路的輸入端連接直流側的過壓、欠壓檢測傳感器的輸出端；直流側過流、過熱檢測電路輸入端連接過流、過熱檢測傳感器的輸出端；交流電源缺相檢測電路輸入端連接電壓互感器輸出端；IGCT過流檢測通道輸入端連接功率管驅動模塊IGCT過流檢測電路的輸出端；上述六部分的輸出作為報警信號送入中央數據處理模塊的輸入端，激活相應信號處理子程序，執行對變換器模塊的封鎖功能。一種基于DSP的參與二次調頻的雙饋型風力發電機交流勵磁控制系統的工作方法，其特征在于它包括以下步驟：1)外部傳感器對系統所需要的信號進行采集，這些信號包括電網電壓、風速、風力發電機的轉速、和電網的頻率信號；采集到的信號由信號調理模塊進行放大、整形和變換，輸出中央數據處理模塊可接受的信號；2)中央數據處理模塊對采集到的信號進行識別、判斷和數據處理，并發出對系統進行調節的指令。從功率流向來講，當轉速低于同步速時，電網向轉子繞組輸入電功率；當轉速高于同步速時，轉子繞組向電網供電，實現轉子側功率的雙向流動，進而實現雙饋功能；3)在2)執行的同時，狀態監控及故障處理模塊接收來自電壓互感器的傳輸的信號，對電網電壓缺相與否進行判斷；通過接收直流側的過壓、欠壓檢測傳感器的信號和接收直流側過流、過熱檢測傳感器的信號以及IGCT過流檢測信號，對系統變換器模塊的運行狀態包括IGCT過流、直流側欠壓、過壓、過流、過熱進行監控；當發生異常工作狀態時，狀態監控及故障處理模塊都會輸出報警信號給中央數據處理模塊；中央數據處理模塊激活相應信號處理子程序，執行對變換器模塊的封鎖；4)通過信號調理模塊的頻率方波變換電路，對電網的頻率信號進-->行同步頻率采樣，中央數據處理模塊對其進行識別、判斷后可直到外部電網的功率缺額情況。當檢測到的頻率低于電網額定頻率的某一閥值時，說明電網發生大的功率缺額，這時中央數據處理模塊就會對系統的運行情況進行檢測并匯總，在風速適合的情況下，當系統處于停機狀態時，中央數據處理模塊就會激活相應子程序，使系統開始運行，直至最高功率因數輸出；當系統雖然處于運行狀態，但未達到最高功率因數輸出時，中央數據處理模塊就會激活相應子程序，使系統在最高功率因數狀況下運行。上述所說的步驟2)中具體包括以下步驟：①當風速低于額定風速時，中央數據處理模塊按照“定子磁場定向的矢量控制策略”計算出功率電路的觸發角，給出空間矢量脈沖寬度調制(SVPWM)觸發脈沖信號，空間矢量脈沖寬度調制(SVPWM)脈沖信號經功率管驅動模塊放大，放大后的信號觸發變換器模塊中轉子側變換器和電網側變換器的相關IGCT單元，控制風力發電機轉子側輸入勵磁電壓的頻率、幅值相位、相序，達到調本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于ＤＳＰ的參與二次調頻的雙饋型風力發電機交流勵磁控制系統，其特征在于它由信號調理模塊、中央數據處理模塊、功率管驅動模塊、變換器模塊、狀態監控及故障處理模塊五部分組成，所說的信號調理模塊的輸入端連接變換器模塊的輸出端和連接外部傳感器輸出端，信號調理模塊的輸出端連接中央數據處理模塊的輸入端；所說的中央數據處理模塊的輸出端連接功率管驅動模塊的輸入端，并與風力發電機的槳距控制系統和控制面板雙向連接；所說的功率管驅動模塊的輸出端連接變換器模塊各個ＩＧＢＴ門極輸入端和狀態監控及故障處理模塊的輸入端；所說的狀態監控及故障處理模塊的輸入端連接變換器模塊的輸出端和功率管驅動模塊的輸出端，其輸出端連接中央數據處理模塊的輸入端。

【技術特征摘要】
1、一種基于DSP的參與二次調頻的雙饋型風力發電機交流勵磁控制系統，其特征在于它由信號調理模塊、中央數據處理模塊、功率管驅動模塊、變換器模塊、狀態監控及故障處理模塊五部分組成，所說的信號調理模塊的輸入端連接變換器模塊的輸出端和連接外部傳感器輸出端，信號調理模塊的輸出端連接中央數據處理模塊的輸入端；所說的中央數據處理模塊的輸出端連接功率管驅動模塊的輸入端，并與風力發電機的槳距控制系統和控制面板雙向連接；所說的功率管驅動模塊的輸出端連接變換器模塊各個IGBT門極輸入端和狀態監控及故障處理模塊的輸入端；所說的狀態監控及故障處理模塊的輸入端連接變換器模塊的輸出端和功率管驅動模塊的輸出端，其輸出端連接中央數據處理模塊的輸入端。2、根據權利要求1所說一種基于DSP的參與二次調頻的雙饋型風力發電機交流勵磁控制系統及其工作方法，其特征在于：所述的信號調理模塊由電壓、電流交流采樣前端電路、頻率方波變換電路、轉速反饋接口電路、風速采集接口電路構成；所說的交流采樣前端電路將采集的電壓、電流信號處理后送入中央數據處理模塊的A/D模塊輸入端；所說的頻率方波變換電路將電壓信號變換為方波信號輸入到中央數據處理模塊的捕捉模塊輸入端；所說的轉速反饋接口電路將光電編碼器輸出的信號經過處理后送到中央數據處理模塊的捕捉模塊輸入端；所說的風速采集接口電路將風速傳感器信號經過處理后送到中央數據處理模塊的捕捉模塊輸入端。3、根據權利要求1所說一種基于DSP的參與二次調頻的雙饋型風力發電機交流勵磁控制系統及其工作方法，其特征在于：所述的中央數據處理模塊主要由DSP芯片、CAN總線接口、電源管理電路、晶振電路、數據總線驅動電路、串行通信接口電路構成；電源管理模塊的輸出給DSP芯片；晶振電路的時鐘信號輸出給DSP芯片；數據總線驅動電路輸出給DSP芯片，完成數據緩沖和電平轉換；串行通信接口電路實現與風力發電機槳距控制系統的雙向連接，實現槳距角的調節；CAN總線接口實現與控制面板的雙向連接；中央數據處理模塊中DSP芯片的應用使得系統不但能實時快速地實現各種數字信號處理算法，而其簡化了控制系統的電路，提高了抗干擾能力；通過中央數據處理模塊對各個模塊的協調控制實現二次調頻的功能。4、根據權利要求1所說一種基于DSP的參與二次調頻的雙饋型風力發電機交流勵磁控制系統及其工作方法，其特征在于：所述的功率管驅動模塊由光電隔離電路、功率放大電路、隔離電源電路、IGCT過流檢測電路構成。功率管驅動模塊將輸入的空間矢量脈沖寬度調制(SVPWM)信號經光電隔離、三極管放大，然后提供給變換器模塊；當檢測到IGCT過流時，IGCT過流檢測電路輸出報警信號到狀態監控及故障處理模塊。5、根據權利要求1所說一種基于DSP的參與二次調頻的雙饋型風力發電機交流勵磁控制系統及其工作方法，其特征在于：所述的變換器模塊由轉子側變換器、電網側變換器、直流側、IGCT緩沖電路、過壓、欠壓檢測傳感器和過流、過熱檢測傳感器構成；電網側變換器的輸入端連接電網，輸出端連接直流側的輸入端；直流側的輸出連接轉子側變換器的輸入端；轉子側變換器的輸出端連接風力發電機轉子繞組；所說的轉子側變換器有6個IGCT單元構成三相橋式電路，電網側變換器由6個IGCT單元構成三相橋式電路。來自功率管驅動模塊的控制信號控制IGCT的通斷，產生所需的三相交流勵磁電源，實現對電機的電壓、轉速、功率等量的調節控制。通過對轉子側變換器和電網側變換器的控制實現轉子側電能與電網電能的雙向流動，實現雙饋功能。6、根據權利要求1所說一種基于DSP的參與二次調頻的雙饋型風力發電機交流勵磁控制系統及其工作方法，其特征...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周雪松，張繼東，馬幼捷，王新志，李顯冰，顧亞琴，
申請(專利權)人：天津理工大學，
類型：發明
國別省市：12[中國|天津]