專利名稱：一種具有低電壓穿越能力的新型變槳控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及風(fēng)力發(fā)電變槳控制領(lǐng)域，具體地，涉及一種具有低電壓穿越能力的新型變槳控制裝置。
背景技術(shù)：
隨著風(fēng)電機(jī)組技術(shù)的進(jìn)步，風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量不斷增加，風(fēng)電廠規(guī)模不斷擴(kuò)大，風(fēng)電在電網(wǎng)中所占的比例得到了迅速提高，目前許多國(guó)家的風(fēng)電并網(wǎng)準(zhǔn)則都對(duì)風(fēng)電場(chǎng)提過了更高的要求當(dāng)電網(wǎng)故障或擾動(dòng)引起風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)的電壓跌落時(shí)，在電壓跌落的范圍內(nèi)，風(fēng)電機(jī)組能夠在一定時(shí)間范圍內(nèi)持續(xù)運(yùn)行而不脫網(wǎng)，同時(shí)加大力度向電網(wǎng)輸送無功參與電網(wǎng)的電壓控制，并在故障切除后能盡快幫助電力系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行，也就是說風(fēng)電機(jī)組要具有低電壓穿越的能力。
實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)上述問題，本實(shí)用新型提出一種具有低電壓穿越能力的新型變槳控制裝置，通過檢測(cè)發(fā)電機(jī)A、B相定子電流、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、電網(wǎng)電壓進(jìn)行控制器模式的選擇和控制，實(shí)現(xiàn)在正常模式、緊急停機(jī)模式和低電壓穿越模式下的變槳控制；且能夠保障變槳系統(tǒng)的控制精度，響應(yīng)速度，可靠性以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的低電壓穿越能力，最終提高整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率和電能質(zhì)量。為實(shí)現(xiàn)上述目的，所采用的技術(shù)方案是一種具有低電壓穿越能力的新型變槳控制裝置，其外圍設(shè)備包括軸柜，A、B相電流傳感器，電網(wǎng)電壓傳感器，絕對(duì)式、增量式編碼器，變槳電機(jī)，所述控制裝置包括控制器、電源管理模塊、存儲(chǔ)器模塊、通信模塊、電流信號(hào)調(diào)理電路、電壓信號(hào)調(diào)理電路、速度信號(hào)調(diào)理電路、開關(guān)量信號(hào)調(diào)理電路、SVPWM輸出模塊、智能功率模塊、整流模塊、后備電池；所述控制器與所述的電源管理模塊、存儲(chǔ)器模塊、通信模塊電連接；所述電流信號(hào)調(diào)理電路的輸入端電連接在所述A、B相電流傳感器的輸出端，該電流信號(hào)調(diào)理電路的輸出端電連接在所述控制器上；所述電壓信號(hào)調(diào)理電路的輸入端電連接在所述電網(wǎng)電壓傳感器的輸出端，該電壓信號(hào)調(diào)理電路的輸出端電連接在控制器上；所述速度信號(hào)調(diào)理電路的輸入端電連接在所述絕對(duì)式、增量式編碼器的輸出端，該速度信號(hào)調(diào)理電路的輸出端電連接在控制器上；所述開關(guān)量信號(hào)調(diào)理電路與所述的控制器、軸柜中的開關(guān)量信號(hào)電連接；所述SVPWM輸出模塊分別電連接在所述智能功率模塊和控制器上；電網(wǎng)電壓通過所述整流模塊與所述智能功率模塊實(shí)現(xiàn)電連接；所述后備電池與所述控制器和智能功率模塊分別電連接；所述的智能功率模塊電連接于所述的變槳電機(jī)。所述電流信號(hào)調(diào)理電路為4路電流輸入信號(hào)的調(diào)理電路。所述電壓信號(hào)調(diào)理電路為3路電壓輸入信號(hào)的調(diào)理電路。所述速度信號(hào)調(diào)理電路為2路速度輸入信號(hào)的調(diào)理電路。所述述開關(guān)量信號(hào)調(diào)理電路為8路開關(guān)量輸入信號(hào)的調(diào)理電路。[0010]所述控制器采用DSP和FPGA的雙處理器架構(gòu)。本實(shí)用新型通過檢測(cè)發(fā)電機(jī)定子A、B相電流、發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、電網(wǎng)電壓進(jìn)行控制器模式的選擇并執(zhí)行相應(yīng)的控制，實(shí)現(xiàn)在正常模式、緊急停機(jī)模式和低電壓穿越模式下的變槳控制；且能夠保障變槳系統(tǒng)的控制精度，響應(yīng)速度，可靠性以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的低電壓穿越能力，最終提高整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率和電能質(zhì)量。

圖I為本實(shí)用新型控制裝置結(jié)構(gòu)框圖示意圖；圖2為本實(shí)用新型控制方法的流程圖。圖3為本實(shí)用新型所述的規(guī)定的電壓輪廓曲線。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。一種具有低電壓穿越能力的新型變槳控制裝置，其外圍設(shè)備包括軸柜，A、B相電流傳感器，電網(wǎng)電壓傳感器，絕對(duì)式、增量式編碼器，變槳電機(jī)，所述變槳控制裝置包括控制器，電源管理模塊，存儲(chǔ)器模塊，通信模塊，電流信號(hào)調(diào)理電路，電壓信號(hào)調(diào)理電路，速度信號(hào)調(diào)理電路，開關(guān)量信號(hào)調(diào)理電路，SVPWM輸出模塊，智能功率模塊，整流模塊，后備電池；所述控制器與所述的電源管理模塊、存儲(chǔ)器模塊、通信模塊電連接；所述電流信號(hào)調(diào)理電路的輸入端電連接在所述A、B相電流傳感器的輸出端，該電流信號(hào)調(diào)理電路的輸出端電連接在所述控制器上；所述電壓信號(hào)調(diào)理電路的輸入端電連接在所述電網(wǎng)電壓傳感器的輸出端，該電壓信號(hào)調(diào)理電路的輸出端電連接在控制器上；所述速度信號(hào)調(diào)理電路的輸入端電連接在所述絕對(duì)式、增量式編碼器的輸出端，該速度信號(hào)調(diào)理電路的輸出端電連接在控制器上；所述開關(guān)量信號(hào)調(diào)理電路與所述的控制器、軸柜中的開關(guān)量信號(hào)電連接；所述SVPWM輸出模塊分別電連接在所述智能功率模塊和控制器上；電網(wǎng)電壓通過所述整流模塊與所述智能功率模塊實(shí)現(xiàn)電連接；所述后備電池與所述控制器和智能功率模塊分別電連接；所述的智能功率模塊電連接于所述的變槳電機(jī)。其中所述電流信號(hào)調(diào)理電路為4路電流輸入信號(hào)的調(diào)理電路，其將通過A、B相電流傳感器的發(fā)電機(jī)的A、B相定子電流信號(hào)，變槳電機(jī)的A、B相轉(zhuǎn)子電流信號(hào)經(jīng)過濾波和放大處理后輸出給控制器的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。所述電壓信號(hào)調(diào)理電路為3路電壓輸入信號(hào)的調(diào)理電路，其將通過所述電網(wǎng)電壓傳感器的電網(wǎng)電壓信號(hào)經(jīng)過濾波和放大處理后輸出給控制器。所述速度信號(hào)調(diào)理電路為2路速度輸入信號(hào)的調(diào)理電路，其將通過所述絕對(duì)式、增量式編碼器的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子速度信號(hào)，變槳電機(jī)的轉(zhuǎn)子速度信號(hào)經(jīng)過濾波和放大處理后輸出給控制器。所述開關(guān)量信號(hào)調(diào)理電路為8路開關(guān)量輸入信號(hào)的調(diào)理電路，其將從軸柜輸出的開關(guān)量信號(hào)經(jīng)過光電隔離自后輸出給控制器。所述控制器采用DSP和FPGA的雙處理器架構(gòu)，由DSP和FPGA協(xié)同處理，完成整個(gè)變槳控制系統(tǒng)控制模式的選擇和控制，提高了變槳控制系統(tǒng)的控制精度和實(shí)時(shí)性，其中DSP和FPGA的地址線、數(shù)據(jù)線、控制線電連接，可以方便的實(shí)現(xiàn)它們之間的信息交互，DSP主要完成電流信號(hào)調(diào)理電路、電壓信號(hào)調(diào)理電路、速度信號(hào)調(diào)理電路調(diào)理之后的電流信號(hào)，電壓信號(hào)，速度信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行判斷，實(shí)現(xiàn)正常模式、低電壓穿越模式、緊急停機(jī)模式下的變槳控制；FPGA主要負(fù)責(zé)軸柜中開關(guān)量信號(hào)的采集和控制，完成變槳控制系統(tǒng)與風(fēng)力發(fā)電主控之間的相互通信。所述的FPGA采用cyclone II系列電路,是Altera公司從根本上針對(duì)低成本進(jìn)行設(shè)計(jì)的高性能和低功耗的FPGA，由使用方便的免費(fèi)Quartus II網(wǎng)絡(luò)版設(shè)計(jì)軟件、多種知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)提供支持，可以迅速實(shí)現(xiàn)低成本FPGA方案開發(fā)。DSP采用TI的C2000系列，它采用高性能的靜態(tài)CMOS技術(shù)，150MHz振蕩頻率(6. 67ns指令周期)低功耗設(shè)計(jì)，高性能的32位CPU，外圍中斷擴(kuò)展功能可支持45個(gè)外圍中斷，電機(jī)控制外圍(EVA和EVB)，12位A/D轉(zhuǎn)換器，16個(gè)通道。所述電源管理模塊為整個(gè)變槳系統(tǒng)提供+5V，+3. 3V，+1. 9V，+15V, -15V，+24V電源；所述通信模塊采用RS232、RS485、profibus-DP、CANopen等通信方式，實(shí)現(xiàn)變槳控制系統(tǒng)與風(fēng)力發(fā)電主控之間的相互通信；所述存儲(chǔ)器模塊為變槳控制器提供相應(yīng)的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間；本實(shí)用新型的控制方法，包括以下步驟所述電流信號(hào)調(diào)理電路將通過A、B相電流傳感器的發(fā)電機(jī)A、B相定子電流信號(hào)經(jīng)濾波放大處理后輸出給控制器；所述速度信號(hào)調(diào)理電路將通過所述絕對(duì)式、增量式編碼器的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng)濾波放大處理后輸出給控制器；所述電壓信號(hào)調(diào)理電路將通過所述電網(wǎng)電壓傳感器的電網(wǎng)電壓信號(hào)經(jīng)濾波放大處理后輸出給控制器；控制器將所述的發(fā)電機(jī)A、B相定子電流信號(hào)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號(hào)、電網(wǎng)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；之后，該控制器判斷所述發(fā)電機(jī)A、B相定子電流信號(hào)是否大于2倍的額定電流且持續(xù)時(shí)間超過了40ms ；所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號(hào)是否大于I. I倍的額定轉(zhuǎn)速且持續(xù)時(shí)間超過了 40ms ；如果所述發(fā)電機(jī)A、B相定子電流信號(hào)大于2倍的額定電流且持續(xù)時(shí)間超過了40ms，或者所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號(hào)大于I. I倍的額定轉(zhuǎn)速且持續(xù)時(shí)間超過了 40ms，則所述控制器進(jìn)入緊急停機(jī)模式，按照給定的順槳速度，采用基于矢量變換和SVPWM的三閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)順槳；否則該控制器判斷所述的電網(wǎng)電壓是否跌落；如果所述的電網(wǎng)電壓沒有跌落，則控制器進(jìn)入正常模式，采用基于矢量變換和SVPWM的三閉環(huán)控制，按照給定的正常模式下的變槳速度，實(shí)現(xiàn)變槳控制；否則控制器判斷所述的電網(wǎng)電壓跌落是否低于規(guī)定的電壓輪廓曲線，保證風(fēng)電機(jī)組在并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌至20%額定電壓時(shí)能夠保證不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行625ms，并且如果風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓在發(fā)生跌落后3s內(nèi)能夠恢復(fù)到額定電壓的90%時(shí)，風(fēng)電機(jī)組能夠不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行。如果所述的電網(wǎng)電壓跌落低于規(guī)定的電壓輪廓曲線，則所述控制器進(jìn)入緊急停機(jī)模式，按照給定的順槳速度，采用基于矢量變換和SVPWM的三閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)順槳；否則該控制器進(jìn)入低電壓穿越模式，啟動(dòng)所述后備電源給變槳系統(tǒng)供電，通過對(duì)相關(guān)的故障進(jìn)行屏蔽，按照給定的低電壓穿越模式下的變槳速度，采用基于矢量變換和SVPWM的三閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)變槳控制。基于矢量變換和SVPWM的三閉環(huán)控制，采用以下的方法電流信號(hào)調(diào)理電路將通過A、B相電流傳感器的變槳電機(jī)A、B相轉(zhuǎn)子電流信號(hào)經(jīng)濾波放大處理后輸出給控制器，實(shí)現(xiàn)電流內(nèi)環(huán)控制；速度信號(hào)調(diào)理電路將通過所述絕對(duì)式、增量式編碼器的變槳電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng)濾波放大處理后輸出給控制器，實(shí)現(xiàn)速度次外環(huán)控制和位置外環(huán)控制。最后應(yīng)說明的是以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征 進(jìn)行等同替換。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種具有低電壓穿越能力的新型變槳控制裝置，其外圍設(shè)備包括軸柜，A、B相電流傳感器，電網(wǎng)電壓傳感器，絕對(duì)式、增量式編碼器，變槳電機(jī)，其特征在于所述控制裝置包括控制器，電源管理模塊，存儲(chǔ)器模塊，通信模塊，電流信號(hào)調(diào)理電路，電壓信號(hào)調(diào)理電路，速度信號(hào)調(diào)理電路，開關(guān)量信號(hào)調(diào)理電路，SVPWM輸出模塊，智能功率模塊，整流模塊，后備電池；所述控制器與所述的電源管理模塊、存儲(chǔ)器模塊、通信模塊電連接；所述電流信號(hào)調(diào)理電路的輸入端電連接在所述A、B相電流傳感器的輸出端，該電流信號(hào)調(diào)理電路的輸出端電連接在所述控制器上；所述電壓信號(hào)調(diào)理電路的輸入端電連接在所述電網(wǎng)電壓傳感器的輸出端，該電壓信號(hào)調(diào)理電路的輸出端電連接在控制器上；所述速度信號(hào)調(diào)理電路的輸入端電連接在所述絕對(duì)式、增量式編碼器的輸出端，該速度信號(hào)調(diào)理電路的輸出端電連接在控制器上；所述開關(guān)量信號(hào)調(diào)理電路與所述的控制器、軸柜中的開關(guān)量信號(hào)電連接；所述SVPWM輸出模塊分別電連接在所述智能功率模塊和控制器上；電網(wǎng)電壓通過所述整流模塊與所述智能功率模塊實(shí)現(xiàn)電連接；所述后備電池與所述控制器和智能功率模塊分別電連接；所述的智能功率模塊電連接于所述的變槳電機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有低電壓穿越能力的新型變槳控制裝置，其特征在于所述電流信號(hào)調(diào)理電路為4路電流輸入信號(hào)的調(diào)理電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有低電壓穿越能力的新型變槳控制裝置，其特征在于所述電壓信號(hào)調(diào)理電路為3路電壓輸入信號(hào)的調(diào)理電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有低電壓穿越能力的新型變槳控制裝置，其特征在于所述速度信號(hào)調(diào)理電路為2路速度輸入信號(hào)的調(diào)理電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有低電壓穿越能力的新型變槳控制裝置，其特征在于所述開關(guān)量信號(hào)調(diào)理電路為8路開關(guān)量輸入信號(hào)的調(diào)理電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有低電壓穿越能力的新型變槳控制裝置，其特征在于所述控制器采用DSP和FPGA的雙處理器架構(gòu)。
專利摘要一種具有低電壓穿越能力的新型變槳控制裝置，其外圍設(shè)備包括軸柜、A、B相電流傳感器、電網(wǎng)電壓傳感器、絕對(duì)式、增量式編碼器、變槳電機(jī)，所述的變槳控制裝置包括控制器、電源管理模塊、存儲(chǔ)器模塊、通信模塊、電流信號(hào)調(diào)理電路、電壓信號(hào)調(diào)理電路、速度信號(hào)調(diào)理電路、開關(guān)量信號(hào)調(diào)理電路、SVPWM輸出模塊、智能功率模塊、整流模塊、后備電池。本實(shí)用新型直接接受風(fēng)機(jī)主控發(fā)送的控制命令，通過檢測(cè)發(fā)電機(jī)A、B相定子電流、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、電網(wǎng)電壓進(jìn)行控制器模式的選擇和控制，且能夠保障變槳系統(tǒng)的控制精度，響應(yīng)速度，可靠性以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的低電壓穿越能力，最終提高整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率和電能質(zhì)量。
文檔編號(hào)F03D7/00GK202545112SQ20122016192
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月17日
發(fā)明者李帥兵, 李曉青, 董海鷹, 郝玉福, 魏占宏 申請(qǐng)人:蘭州交通大學(xué)