新型永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電主控系統(tǒng)研究

陳 亞

（揚(yáng)州德云電氣設(shè)備集團(tuán)有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225100）

中國(guó)是能源消耗大國(guó)，目前僅次于美國(guó)成為世界第二個(gè)能源消費(fèi)國(guó)，另一方面清潔燃料的供給能力密切關(guān)系著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性發(fā)展，是國(guó)家戰(zhàn)略安全保障的基礎(chǔ)之一。在實(shí)際風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，隨著直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)齒輪箱直驅(qū)式全功率變流技術(shù)的風(fēng)電得到廣泛的應(yīng)用，能減小風(fēng)力機(jī)組故障，增加了系統(tǒng)的可靠性和壽命。但是全功率變換器的控制要求隨著提升供電質(zhì)量、系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠等要求提高而提高，文章針對(duì)常見(jiàn)雙DSP 控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜問(wèn)題開(kāi)展了永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主控結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 常見(jiàn)雙DSP 控制結(jié)構(gòu)

對(duì)于用于永磁同步直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)全功率變換器一般為雙PWM 變換器，分別工作在整流與逆變狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)同步和最大功率跟蹤等被控目標(biāo)。因此一塊DSP 被用來(lái)控制連接電機(jī)側(cè)的機(jī)側(cè)變換器實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤及直流母線電壓穩(wěn)定控制，一塊DSP 控制連接電網(wǎng)側(cè)的網(wǎng)側(cè)變換

器實(shí)現(xiàn)同步并網(wǎng)與高質(zhì)量供電目標(biāo)。由于兩個(gè)DSP 分別控

制對(duì)應(yīng)目標(biāo)，因此會(huì)將原本一體的控制機(jī)組的關(guān)聯(lián)性及抗干擾性能有所下降，同時(shí)主控板結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

2 主從式控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為解決上述問(wèn)題，提出主控板結(jié)構(gòu)為由以TMS320F28 335 為核心的單DSP 控制芯片，配備西門子S7-300PLC 作為輔助控制器的結(jié)構(gòu)策略。風(fēng)電系統(tǒng)的主控DSP 重心主要放在處理控制算法運(yùn)算，通過(guò)S7-300PLC 進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理與風(fēng)電機(jī)組的輔助控制，同時(shí)利用其擴(kuò)展了I/O 接口。在簡(jiǎn)化主控制結(jié)構(gòu)的前提下進(jìn)一步提高風(fēng)電機(jī)組功率變換器的高效可靠控制，滿足系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)、系統(tǒng)保護(hù)等要求。

3 仿真結(jié)果

本文以5MW 永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為控制對(duì)象進(jìn)行系統(tǒng)仿真，主控結(jié)構(gòu)采取本文設(shè)計(jì)的主從式控制方式，仿真結(jié)果如圖2～圖5。見(jiàn)本控制結(jié)構(gòu)下風(fēng)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能好，抗干擾性較強(qiáng)。

圖1

圖2 并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)并網(wǎng)瞬間電網(wǎng)A 相電壓與電流波形

圖3 獨(dú)立負(fù)載運(yùn)行時(shí)運(yùn)行有功功率變化波形

圖4 并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)不同風(fēng)速下功率轉(zhuǎn)速曲線

圖5 電網(wǎng)A 相電壓跌落20%時(shí)，相電壓和相電流波形

從上圖可以看出，系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行與獨(dú)立負(fù)載運(yùn)行，并網(wǎng)過(guò)程平滑，實(shí)現(xiàn)了不同風(fēng)速下的最大功率跟蹤控制。當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落時(shí)，再采用本文優(yōu)化設(shè)計(jì)的主控結(jié)構(gòu)控制下的風(fēng)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)了低電壓穿越與不間斷運(yùn)行。可