淺談小型并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電變流器控制系統(tǒng)

王翰斌+程帥

摘 要：根據(jù)小型并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)來看，其在實(shí)際中應(yīng)用要求較大型并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)使用更為方便，具備了施工簡單、成本較低、使用便捷等優(yōu)勢。而在小型并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電中主要是通過變流器將風(fēng)力發(fā)電所產(chǎn)生的電能進(jìn)行轉(zhuǎn)化，并傳送到低壓電網(wǎng)中，可以說變流器控制系統(tǒng)在實(shí)際中的使用效果關(guān)系著小型并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電的穩(wěn)定性。以下根據(jù)其變流器的作用及特點(diǎn)來分析其應(yīng)用價(jià)值，并提出了變流器控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中需要注意的事項(xiàng)，以此來保證其應(yīng)用目標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電；變流器；控制系統(tǒng)

風(fēng)力發(fā)電作為一種能源開發(fā)新形式在近些年來得到了快速的發(fā)展，其在實(shí)際中的應(yīng)用符合現(xiàn)今的環(huán)保及可持續(xù)發(fā)展理念。而小型風(fēng)力機(jī)組可以在一些風(fēng)速較低的地區(qū)，其在極大程度上提高了風(fēng)力資源的利用效率，可以說小型并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電是一種擴(kuò)大資源利用率的有效方式。而為了保證小型并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電在實(shí)際中可以持續(xù)穩(wěn)定的輸送電能，必須要根據(jù)其特點(diǎn)選擇適當(dāng)?shù)淖兞髌鳎⑶冶ＷC其控制系統(tǒng)應(yīng)用的高效性及可靠性，從而提高整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

一、電流型逆變器在小型并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用的重要價(jià)值

環(huán)保、節(jié)能、高效等都是小型并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所具備的優(yōu)勢，作為一種綠色能源其是社會(huì)發(fā)展中受到人們廣泛關(guān)注的一種能源應(yīng)用方式。而目前在并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電中主要是采用直接輸出的方式來進(jìn)行電能使用，為此在對(duì)小型并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電的研究中多數(shù)是對(duì)如何高效的將其接入到低壓電網(wǎng)中進(jìn)行探索。因此在實(shí)際中采用變流器將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并入低壓電網(wǎng)具有極高的應(yīng)用意義。而在變流器中最主要的就是其拓?fù)浼翱刂疲瑸榇嗽趯?shí)際中對(duì)其系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及研發(fā)影響著小型并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電在實(shí)際中應(yīng)用的效率。

二、小型風(fēng)力發(fā)電逆變器并網(wǎng)控制策略特點(diǎn)及目標(biāo)

根據(jù)對(duì)小型并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的調(diào)查及研究發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際中其變流器控制系統(tǒng)仍然存有很大的進(jìn)步空間，能夠進(jìn)行利用的風(fēng)速范圍較小。因?yàn)楫?dāng)前并網(wǎng)逆變器所具有的使用條件導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電所需的最低發(fā)切入風(fēng)速受到限制，結(jié)果導(dǎo)致并網(wǎng)系統(tǒng)的輸出功率受到影響，這必然會(huì)使得整個(gè)系統(tǒng)的成本受到影響，使得小型并網(wǎng)風(fēng)機(jī)的推廣受到阻礙，針對(duì)其存在的問題以下進(jìn)行了詳細(xì)研究。

1、電流型逆變器的控制的特點(diǎn)

在小型并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中，對(duì)電流型逆變器的控制研究是其中的重難點(diǎn)問題，通常是通過對(duì)逆變器進(jìn)行控制而實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)輸出電流的。所以，要使得系統(tǒng)單相電流源型逆變器并網(wǎng)得以實(shí)現(xiàn)，就一定要結(jié)合所輸出功率的大小來對(duì)逆變器所要輸出電流的幅值進(jìn)行確定。而將電網(wǎng)電壓的同步信號(hào)直接進(jìn)行檢測，并將其當(dāng)作變流器并網(wǎng)輸出電流的跟蹤信號(hào)，不僅能夠讓系統(tǒng)并網(wǎng)快速的輸出電流，對(duì)電網(wǎng)電壓信號(hào)進(jìn)行跟蹤，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)同相位運(yùn)行，進(jìn)而使得單位功率因數(shù)輸出得以實(shí)現(xiàn)，且此控制策略的原理十分的簡單，很容易就可以達(dá)到。

2、電流型變流器并網(wǎng)控制的目標(biāo)及要求

從目標(biāo)上來看，小型風(fēng)力并網(wǎng)發(fā)電要對(duì)逆變器輸出的并網(wǎng)電流進(jìn)行控制，使其可以成為質(zhì)量較高且十分穩(wěn)定的正弦波，得到和電網(wǎng)電壓同相同頻，進(jìn)而達(dá)到并網(wǎng)單位功率因數(shù)運(yùn)行。從要求上來看，小型并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中，電流型變流器的并網(wǎng)控制要達(dá)到兩個(gè)方面的要求，第一，就控制原理而言，作為擾動(dòng)量，電網(wǎng)要和并網(wǎng)逆變器的輸出端直接相連；第二，逆變器的并網(wǎng)輸出電流應(yīng)該和電網(wǎng)電壓做到同相同頻。

三、小型風(fēng)力發(fā)電逆變器并網(wǎng)控制系統(tǒng)主要軟硬件設(shè)計(jì)

1、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

（1）逆變主電路a

逆變主電路在控制系統(tǒng)主電路中有最為重要的作用，擔(dān)負(fù)著直流到交流的變換任務(wù)。四象限變流器形式的逆變主電路和一般電壓型主電路有所不同。在實(shí)驗(yàn)的初期，為了確保逆變器不會(huì)由此而受到損害，將2Ω的保護(hù)電壓串聯(lián)到直流母線上，并且監(jiān)視電阻的壓降，這樣能夠?qū)χ绷髂妇€電流情況實(shí)時(shí)進(jìn)行獲悉。

（2）DSP控制單元

在控制系統(tǒng)當(dāng)中，DSP是其中的核心，不論是在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行的實(shí)時(shí)保護(hù)上，還是系統(tǒng)的運(yùn)行上都是通過DSP芯片來實(shí)現(xiàn)的。在控制系統(tǒng)的微處理器上本研究選取的時(shí)具有性能較高的16位定點(diǎn)DSPTMS320LF2407A，其中包括兩個(gè)專門對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制的事件管理器，這兩個(gè)可以完成PWM的波形輸出、對(duì)能夠進(jìn)行編程的PWM進(jìn)行死區(qū)控制。此外，事件管理器還能夠出現(xiàn)對(duì)稱和不對(duì)稱的PWM信號(hào)，由于可以帶來更小的電流諧波，因此在此設(shè)計(jì)當(dāng)中采取的是對(duì)稱的PWM信號(hào)。

（3）對(duì)電路設(shè)計(jì)進(jìn)行檢測和保護(hù)

在實(shí)際應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的過程中，一定要考慮是否具有可靠性，特別是在工業(yè)應(yīng)用當(dāng)中，系統(tǒng)抗干擾能力尤為明顯。為了避免發(fā)生出現(xiàn)并解決干擾現(xiàn)象，不但要適當(dāng)?shù)奶幚砀蓴_源，同時(shí)還要多采取防范的手段，進(jìn)而方式因?yàn)橥饨绺蓴_而導(dǎo)致出現(xiàn)程序“死機(jī)”或是“跑飛”問題，而造成系統(tǒng)工作發(fā)生異常。另外，系統(tǒng)一定要具備對(duì)外部環(huán)境的干擾以及影響進(jìn)行抵抗的能力，是否具有可靠性是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)判的重要指標(biāo)之一。在本設(shè)計(jì)當(dāng)中，為了使系統(tǒng)具有更高的可靠性，同時(shí)使用了硬件看門狗和軟件看門狗。

2、系統(tǒng)主要軟件設(shè)計(jì)

（1）對(duì)鍵盤操作程序進(jìn)行設(shè)計(jì)

在整個(gè)程序設(shè)計(jì)當(dāng)中，鍵盤操作程序必不可少，如果用戶想要更為便捷的控制系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，就需要鍵盤在其中發(fā)揮作用。因此，在鍵盤程序中，可以對(duì)一些常規(guī)的操作，例如起動(dòng)、停止以及復(fù)位按鍵等進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（2）對(duì)采樣以及保護(hù)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)

盡管在整個(gè)程序當(dāng)中，系統(tǒng)采樣以及保護(hù)程序相對(duì)在設(shè)計(jì)上要相對(duì)簡單。然而，其所具有的重要作用和地位則不能忽略。通過采樣獲取的數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確與整個(gè)系統(tǒng)能否正常輸出，系統(tǒng)是否穩(wěn)定具有直接的影響。而保護(hù)程序設(shè)計(jì)上則和系統(tǒng)設(shè)備的安全性具有直接的影響，在這方面，主要是對(duì)硬件看門狗電路進(jìn)行配合程序，同時(shí)對(duì)孤島效應(yīng)進(jìn)行簡單的檢測。

（3）對(duì)主程序進(jìn)行設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主程序是系統(tǒng)的核心，接收采集信號(hào)，對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)算法，輸出控制信號(hào)，輸出保護(hù)信號(hào)等?？刂瞥绦蛞笥泄潭ǖ牟蓸又芷?，所以主程序放在定時(shí)器中斷中執(zhí)行。這樣主控制程序就不會(huì)受到諸如程序延時(shí)、鍵盤掃描、串行顯示的影響而準(zhǔn)確地定時(shí)執(zhí)行。

結(jié)語：對(duì)于變流器拓?fù)湓诓⒕W(wǎng)風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用以上進(jìn)行了詳細(xì)的分析，結(jié)合在并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電中變流器應(yīng)用的實(shí)際目標(biāo)及要求提出了對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法，使其在應(yīng)用中具備高效、實(shí)用、方便、低廉等優(yōu)點(diǎn)，這種控制策略可以有效的對(duì)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電機(jī)實(shí)際功率進(jìn)行全面跟蹤，進(jìn)而保證控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果。對(duì)于小型使并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電變流器控制系統(tǒng)以上給出了理論依據(jù)，具體的應(yīng)用還需在實(shí)際中不斷的探索及研究，從而保證其在發(fā)電系統(tǒng)中實(shí)際的應(yīng)用水平。

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