專利名稱:一種基于plc控制架構(gòu)的風(fēng)電變流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實用新型涉及風(fēng)電新能源技術(shù)領(lǐng)域,具體是ー種基于PLC控制架構(gòu)的風(fēng)電變流器。
背景技術(shù):
隨著風(fēng)カ發(fā)電設(shè)備在國內(nèi)裝機量的不斷攀升以及風(fēng)カ發(fā)電機組設(shè)備容量的不斷擴大,風(fēng)カ發(fā)電變流器的技術(shù)和要求的發(fā)展也在不斷更新和提高。變流器除了需要主電路部件(有整流、逆變、直流變換等)タト,還需要有控制部分??刂撇糠纸邮軄碜燥L(fēng)機主控系統(tǒng)的通訊信號;計算IGBT驅(qū)動信號脈沖并發(fā)送;控制發(fā)電機 轉(zhuǎn)矩;監(jiān)測電網(wǎng)以及發(fā)電機實時參數(shù);對變流器執(zhí)行自我保護等等方面的功能。變流器的控制系統(tǒng)對于變流器的運行起著至關(guān)重要的作用。目前國內(nèi)主流風(fēng)カ發(fā)電變流器控制系統(tǒng)多采用嵌入式系統(tǒng),由DSP+FPGA+外圍采集控制系統(tǒng)等部件組成的構(gòu)架來實現(xiàn)對風(fēng)カ發(fā)電變流器對各部件的控制和數(shù)據(jù)的采集和處理。嵌入式系統(tǒng)相對成本較低、針對性強、應(yīng)用廣泛,但是其通用性不高、不易維護、故障影響范國大。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型提供一種基于PLC控制架構(gòu)的風(fēng)電變流器,提高了變流器控制模塊的通用性,簡化研發(fā)人員工作的復(fù)雜性;降低了風(fēng)カ發(fā)電變流器故障影響范圍。一種基于PLC控制架構(gòu)的風(fēng)電變流器,包括排列在一起的并網(wǎng)柜、控制柜和變流柜,并網(wǎng)柜中安裝有并網(wǎng)總開關(guān),所述變流柜中安裝有IGBT功率變換模塊組,控制柜中安裝有人機交互界面及與人機交互界面連接的PLC控制單元,所述PLC控制單元與并網(wǎng)總開關(guān)、IGBT功率變換模塊組相連接,所述PLC控制單元包括PLC中央處理器模塊及與PLC中央處理器模塊連接的通訊模塊、數(shù)字量輸入/輸出模塊、模擬量輸入/輸出模塊、編碼器輸入模塊、PWM調(diào)制輸出模塊。如上所述的基于PLC控制架構(gòu)的風(fēng)電變流器,所述PLC控制單元還包括供電電源模塊,所述供電電源模塊用于將エ頻交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源提供給PLC中央處理器模塊、通訊模塊、數(shù)字量輸入/輸出模塊、模擬量輸入/輸出模塊、編碼器輸入模塊、PWM調(diào)制輸出模塊。如上所述的基于PLC控制架構(gòu)的風(fēng)電變流器,所述PWM調(diào)制輸出模塊用于將所述PLC中央處理器模塊計算出的調(diào)制波信號轉(zhuǎn)換為光信號發(fā)送給IGBT功率變換模塊組的驅(qū)動板,IGBT驅(qū)動板通過接收到的光信號進行IGBT模塊的通斷控制。本實用新型的有益效果是I、本實用新型采用PLC控制架構(gòu),提高了變流器控制可靠性,采用廣泛運用于惡劣環(huán)境和エ業(yè)環(huán)境下的PLC模塊,更能滿足風(fēng)カ發(fā)電變流器在野外環(huán)境的工作狀態(tài);2、提高了變流器控制模塊的通用性,特別是與風(fēng)カ發(fā)電機組主控制系統(tǒng)可以采用同一開發(fā)平臺,簡化研發(fā)人員工作的復(fù)雜性;[0012]3、降低風(fēng)カ發(fā)電變流器故障影響范圍,在單ー模塊故障時,可以進行單ー模塊的檢修和更換,加快運行、維護效率,降低維護成本;4、采用標準PLC模塊化設(shè)計,為生產(chǎn)、調(diào)試、貯存等方面的標準化、統(tǒng)ー化提供支持;5、PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技木,采用嚴格的生產(chǎn)エ藝制造,內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù),具有很高的可靠性。
圖I是本實用新型基于PLC控制架構(gòu)的風(fēng)電變流器的結(jié)構(gòu)示意圖;圖2是本實用新型PLC控制單元的電路框圖。圖中1-并網(wǎng)總開關(guān),2-人機交互界面,3-PLC控制單元,4-IGBT功率變換模塊組,31-供電電源模塊,32-PLC中央處理器模塊,33-通訊模塊,34-數(shù)字量輸入/輸出模塊,35-模擬量輸入/輸出模塊,36-編碼器輸入模塊,37-PWM調(diào)制輸出模塊。
具體實施方式
下面將結(jié)合本實用新型中的附圖,對本實用新型中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。本實用新型基于PLC控制架構(gòu)的風(fēng)電變流器連接在風(fēng)機發(fā)電機和電網(wǎng)之間,請參考圖1,所述基于PLC控制架構(gòu)的風(fēng)電變流器包括排列在一起的并網(wǎng)柜、控制柜和變流拒,其中并網(wǎng)柜中安裝有并網(wǎng)總開關(guān)I及斷路器、接觸器、互感器、熔斷器等電路開關(guān)、保護元器件,主要負責(zé)變流器與電網(wǎng)相連,控制柜中安裝有人機交互界面2及與人機交互界面2連接的PLC控制單元3,還有空氣開關(guān)、溫度傳感器等元器件,負責(zé)變流器的控制和狀態(tài)檢測,所述變流柜中安裝有IGBT功率變換模塊組4、濾波器、電容器等大型功率器件,負責(zé)電能量的轉(zhuǎn)換和控制。請繼續(xù)參考圖2,所述PLC控制單元3包括供電電源模塊31、PLC中央處理器模塊
32、通訊模塊33、數(shù)字量輸入/輸出模塊34、模擬量輸入/輸出模塊35、編碼器輸入模塊36、PWM調(diào)制輸出模塊37。 所述供電電源模塊31,用于將エ頻交流電源轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電源提供給各PLC模塊組,即所述供電電源模塊31將轉(zhuǎn)換成的直流電源提供給PLC中央處理器模塊32、通訊模塊33、數(shù)字量輸入/輸出模塊34、模擬量輸入/輸出模塊35、編碼器輸入模塊36、PWM調(diào)制輸出模塊37等,可以是串聯(lián)的形式,也可以是圖2所示的并行方式。所述PLC中央處理器模塊32是風(fēng)カ發(fā)電變流器控制系統(tǒng)的核心部分,通訊模塊
33、數(shù)字量輸入/輸出模塊34、模擬量輸入/輸出模塊35、編碼器輸入模塊36、PWM調(diào)制輸出模塊37分別與所述PLC中央處理器模塊32連接,變流器控制的核心算法、調(diào)制模式、溫度控制、通訊反饋、硬件保護均由其控制和計算。本實用新型可將設(shè)計好的變流器控制程序灌入其存儲器上,通過讀取存儲器上的程序進行計算來控制PWM調(diào)制輸出模塊37發(fā)送相應(yīng)的光脈沖給IGBT功率變換模塊組4進行電流控制,最終實現(xiàn)有功功率和無功功率的控制目的。所述通訊模塊33可以采用CANBus、Profibus、RS485、Ethernet等多種通訊協(xié)議,其主要負責(zé)與風(fēng)カ發(fā)電機組上位機(即風(fēng)カ發(fā)電機組主控系統(tǒng))進行變流器基本狀態(tài)、發(fā)電機機組狀態(tài)、電網(wǎng)參數(shù)、功率要求等數(shù)據(jù)交換和開機、關(guān)機等控制信號的通訊。所述數(shù)字量輸入/輸出模塊34用于采集變流器各開關(guān)量信號的輸入與輸出,例如并網(wǎng)斷路器狀態(tài)、并網(wǎng)接觸器狀態(tài)、散熱風(fēng)扇開關(guān)狀態(tài)、加熱器開關(guān)狀態(tài)等,以實現(xiàn)對變流器的控制。所述模擬量輸入/輸出模塊35用于采集變流器各模擬量量信號的輸入與輸出,例如電網(wǎng)電流、電網(wǎng)電壓、發(fā)電機電流、發(fā)電機電壓、溫度信號、濕度信號等,以實現(xiàn)對變流器的控制。所述編碼器輸入模塊36用于采集發(fā)電機轉(zhuǎn)速編碼器的信號。編碼器為絕對值編碼器,每旋轉(zhuǎn)ー個角度將都只發(fā)送ー個唯一的編碼值給編碼器接收模塊,由編碼器輸入模塊36將接收到的編碼值發(fā)送給所述PLC中央處理器模塊32。 所述PWM調(diào)制輸出模塊37用于將所述PLC中央處理器模塊32計算出的調(diào)制波信號轉(zhuǎn)換為光信號發(fā)送給IGBT功率變換模塊組4的驅(qū)動板,IGBT驅(qū)動板通過接收到的光信號進行IGBT模塊的通斷控制,最終實現(xiàn)功率控制的功能。所述PLC控制單元3安裝在控制柜內(nèi),與各控制部件(例如并網(wǎng)總開關(guān)I、人機交互界面2、IGBT功率變換模塊組4等等)相連接。通過所述PLC控制單元3的連接,變流器各傳感器檢測到的輸入量通過數(shù)字量、模擬量輸入模塊接入,將電流、電壓、頻率、轉(zhuǎn)速、有功功率、無功功率等數(shù)據(jù)傳送給所述PLC中央處理器模塊32進行處理和計算,再經(jīng)過數(shù)字量、模擬量輸出單元將開機、關(guān)機、充電等控制信號以及電流、電壓、IGBT開關(guān)頻率等數(shù)據(jù)傳送至并網(wǎng)控制開關(guān)、加熱控制開關(guān)、散熱控制開關(guān)以及IGBT功率控制模塊組等各個控制部件,完成整套控制邏輯,這樣完成了整個風(fēng)カ發(fā)電變流器的整套功能。風(fēng)カ發(fā)電變流器的主要功能就是控制風(fēng)カ發(fā)電機組在并網(wǎng)時通過檢測電網(wǎng)電壓、頻率進而控制風(fēng)カ發(fā)電機發(fā)出電壓、電流、頻率進行匹配,在沖擊最小情況下進行并網(wǎng),從而能夠平穩(wěn)減小風(fēng)力發(fā)電機組并網(wǎng)對電網(wǎng)的沖擊;在運行時能夠根據(jù)風(fēng)カ發(fā)電機組主控制系統(tǒng)的要求,保證功率輸出隨風(fēng)速變化而變化,并對有功功率和無功功率進行調(diào)節(jié)使輸入電網(wǎng)的功率因數(shù)符合要求;在低電壓穿越時保證風(fēng)カ發(fā)電機組在能源局標準的要求內(nèi)正常運行不脫網(wǎng)。這些通過本實用新型的PLC中央處理器模塊32的計算都能完滿的實現(xiàn)。不同于以往的基于嵌入式控制系統(tǒng)的變流器其結(jié)構(gòu)一般為DSP作為中央計算處理單元,F(xiàn)PGA作為輔助處理單元,數(shù)字量輸入與輸出、模擬量輸入與輸出以及其他數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和控制信號均接入到PCB線路板接口上,本實用新型變流器的控制結(jié)構(gòu)基于PLC控制系統(tǒng),其中央計算單元由PLC中央處理器模塊32的CPU単元全部完成,計算速度快,精度高,穩(wěn)定性好;數(shù)字量輸入與輸出、模擬量輸入與輸出以及其他數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和控制信號接入對應(yīng)信號模塊,最終由編程軟件完成邏輯功能定義,省去了接線邏輯的繁瑣工作。以上所述,僅為本實用新型的具體實施方式
,但本實用新型的保護范圍并不局限于此,任何屬于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi),可輕易想到的變化或替換,都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此,本實用新型的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準。
權(quán)利要求1.一種基于PLC控制架構(gòu)的風(fēng)電變流器,包括排列在一起的并網(wǎng)柜、控制柜和變流柜,并網(wǎng)柜中安裝有并網(wǎng)總開關(guān)(I),所述變流柜中安裝有IGBT功率變換模塊組(4),其特征在于控制柜中安裝有人機交互界面(2)及與人機交互界面(2)連接的PLC控制單元(3),所述PLC控制單元(3)與并網(wǎng)總開關(guān)(I)、IGBT功率變換模塊組⑷相連接,所述PLC控制單元(3)包括PLC中央處理器模塊(32)及與PLC中央處理器模塊(32)連接的通訊模塊(33)、數(shù)字量輸入/輸出模塊(34)、模擬量輸入/輸出模塊(35)、編碼器輸入模塊(36)、PWM調(diào)制輸出模塊(37)。
2.如權(quán)利要求I所述的基于PLC控制架構(gòu)的風(fēng)電變流器,其特征在于所述PLC控制単元(3)還包括供電電源模塊(31),所述供電電源模塊(31)用于將エ頻交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源提供給PLC中央處理器模塊(32)、通訊模塊(33)、數(shù)字量輸入/輸出模塊(34)、模擬量輸入/輸出模塊(35)、編碼器輸入模塊(36)、PWM調(diào)制輸出模塊(37)。
3.如權(quán)利要求I所述的基于PLC控制架構(gòu)的風(fēng)電變流器,其特征在于所述PWM調(diào)制輸出模塊(37)用于將所述PLC中央處理器模塊(32)計算出的調(diào)制波信號轉(zhuǎn)換為光信號發(fā)送給IGBT功率變換模塊組(4)的驅(qū)動板,IGBT驅(qū)動板通過接收到的光信號進行IGBT模塊的通斷控制。
專利摘要本實用新型提供一種基于PLC控制架構(gòu)的風(fēng)電變流器,包括排列在一起的并網(wǎng)柜、控制柜和變流柜,并網(wǎng)柜中安裝有并網(wǎng)總開關(guān),所述變流柜中安裝有IGBT功率變換模塊組,控制柜中安裝有人機交互界面及與人機交互界面連接的PLC控制單元,所述PLC控制單元與并網(wǎng)總開關(guān)、IGBT功率變換模塊組相連接,所述PLC控制單元包括PLC中央處理器模塊及與PLC中央處理器模塊連接的通訊模塊、數(shù)字量輸入/輸出模塊、模擬量輸入/輸出模塊、編碼器輸入模塊、PWM調(diào)制輸出模塊。本實用新型提高了變流器控制模塊的通用性,簡化研發(fā)人員工作的復(fù)雜性;降低了風(fēng)力發(fā)電變流器故障影響范圍。
文檔編號H02B15/00GK202602162SQ20122023318
公開日2012年12月12日 申請日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月23日
發(fā)明者劉荊飛, 任巖, 楊峰, 付學(xué)章, 馬小高, 潘勇, 李中華 申請人:長江三峽能事達電氣股份有限公司