采用双馈管理模式且基于can总线控制的风力发电系统的制作方法
专利名称:采用双馈管理模式且基于can总线控制的风力发电系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了采用双馈管理模式且基于CAN总线控制的风力发电系统，包括风轮系统、机浆结构控制器、参数监测电路、双馈电机、主控系统、电网侧变频控制器、电机侧变频控制器、人机交互界面和上位机风电场控制中心，风轮系统连接双馈电机，双馈电机的转轴上连接有电机侧变频控制器，双馈电机发电输出侧通过变压器与电网侧变频控制器连接，参数监测电路连接风轮系统，机浆结构控制器连接风轮系统，基于CAN BUS的通信优势，利用总控模式将风力发电场内的所有发电机组进行控制，通过调节发电机转子电流的大小、频率及相位，从而实现转速的调节，可在很宽的风速范围内保持近乎恒定的最佳叶尖速比，进而实现追求风能最大转换效率。
【专利说明】
采用双馈管理模式且基于CAN总线控制的风力发电系统
技术领域
[0001] 本实用新型设及风力发电控制技术领域，具体的说，是采用双馈管理模式且基于 CAN总线控制的风力发电系统。
【背景技术】
[0002] 风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球 的风能约为2.74X IO9MW,其中可利用的风能为2 X 107丽，比地球上可开发利用的水能总量 还要大10倍。
[0003] 风很早就被人们利用，主要是通过风车来抽水、磨面等，而现在，人们感兴趣的是 如何利用风来发电。
[0004] 我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约10亿kW，其中，陆地上风能储量约 2.53亿kW(陆地上离地IOm高度资料计算），海上可开发和利用的风能储量约7.5亿kW，共计 1〇亿余4胖。
[0005] 风是没有公害的能源之一，而且它取之不尽，用之不竭，对于缺水、缺燃料和交通 不便的沿海岛蜗、草原牧区、山区和高原地带，因地制宜地利用风力发电，非常适合，大有可 为。
[0006] CAN是Controller Area Network的缩写（W下称为CAN)，是ISO国际标准化的串行 通信协议。在汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样 的电子控制系统被开发了出来。由于运些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求 不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应"减少线束的数 量"、"通过多个LAN,进行大量数据的高速通信"的需要，1986年德国电气商博世公司开发出 面向汽车的CAN通信协议。此后，CAN通过I SOl 1898及I SOl 1519进行了标准化，在欧洲已是汽 车网络的标准协议。
[0007] CAN的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、 工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的 计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了 强有力的技术支持。
[000引CAN属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信 网络。较之许多RS-485基于R线构建的分布式控制系统而言，基于CAN总线的分布式控制系 统在W下方面具有明显的优越性：
[0009] CAN控制器工作于多种方式，网络中的各节点都可根据总线访问优先权(取决于报 文标识符)采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据，且CAN协议废除了站地址 编码，而代之W对通信数据进行编码，运可使不同的节点同时接收到相同的数据，运些特点 使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强，并且容易构成冗余结构，提高系 统的可靠性和系统的灵活性。而利用RS-485只能构成主从式结构系统，通信方式也只能W 主站轮询的方式进行，系统的实时性、可靠性较差；
[0010] CAN总线通过CAN收发器接口忍片82C250的两个输出端CANH和CANL与物理总线相 连，而CANH端的状态只能是高电平或悬浮状态，CAMi品只能是低电平或悬浮状态。运就保证 不会在出现在RS-485网络中的现象，即当系统有错误，出现多节点同时向总线发送数据时， 导致总线呈现短路，从而损坏某些节点的现象。而且CAN节点在错误严重的情况下具有自动 关闭输出功能，W使总线上其他节点的操作不受影响，从而保证不会出现象在网络中，因个 另IJ节点出现问题，使得总线处于"死锁"状态。而且，CAN具有的完善的通信协议可由CAN控制 器忍片及其接口忍片来实现，从而大大降低系统开发难度，缩短了开发周期，运些是仅有电 气协议的RS-485所无法比拟的。
[0011] 另外，与其它现场总线比较而言，CAN总线是具有通信速率高、容易实现、且性价比 高等诸多特点的一种已形成国际标准的现场总线。运些也是CAN总线应用于众多领域，具有 强劲的市场竞争力的重要原因。
[0012] CAN即控制器局域网络，属于工业现场总线的范畴。与一般的通信总线相比，CAN总 线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。由于其良好的性能及独特的设计，CAN 总线越来越受到人们的重视。 【实用新型内容】
[OOU]本实用新型的目的在于设计出采用双馈管理模式且基于CAN总线控制的风力发电 系统，基于CAN BUS(CAN总线）的通信优势，利用总控模式将风力发电场内的所有发电机组 进行控制，并且在控制中采用CAN总线进行通信，采用CAN总线模式能够实时快捷的进行数 据传输通信，将各种控制信号及时的分布到所要控制的目标上时，不会出现目标信号串扰 的现象，有效提高整体控制效率及控制的稳定性，并有效利用风轮变速运行与变奖距调节 技术相结合而构成的变速恒频风力发电系统，通过调节发电机转子电流的大小、频率及相 位，从而实现转速的调节，可在很宽的风速范围内保持近乎恒定的最佳叶尖速比，进而实现 追求风能最大转换效率。
[0014]本实用新型通过下述技术方案实现:采用双馈管理模式且基于CAN总线控制的风 力发电系统，包括风轮系统、机浆结构控制器、参数监测电路、双馈电机、主控系统、电网侧 变频控制器、电机侧变频控制器、人机交互界面和上位机风电场控制中屯、，所述风轮系统连 接双馈电机，所述双馈电机的转轴上连接有电机侧变频控制器，所述双馈电机发电输出侧 通过变压器与电网侧变频控制器连接，所述参数监测电路连接风轮系统，所述机浆结构控 制器连接风轮系统，所述机浆结构控制器通过CAN BUS连接主控系统，所述主控系统通过 CAN BUS连接电网侧变频控制器，所述电机侧变频控制器通过CAN BUS连接主控系统，所述 参数监测电路通过CAN BUS连接主控系统，所述人机交互界面和上位机风电场控制中屯、皆 连接在主控系统上，基于CAN BUS(CAN总线）的通信优势，利用总控模式将风力发电场内的 所有发电机组进行控制，并且在控制中采用CAN总线进行通信，采用CAN总线模式能够实时 快捷的进行数据传输通信，将各种控制信号及时的分布到所要控制的目标上时，不会出现 目标信号串扰的现象，有效提高整体控制效率及控制的稳定性，并有效利用风轮变速运行 与变奖距调节技术相结合而构成的变速恒频风力发电系统，通过调节发电机转子电流的大 小、频率及相位，从而实现转速的调节，可在很宽的风速范围内保持近乎恒定的最佳叶尖速 比，进而实现追求风能最大转换效率。
[0015] 进一步的，为更好的实现本实用新型，当出现发电机转速过高，所产生的电压超出 核定值时，能及时的降低转速，提供过压保护作用，避免发电机被烧毁的情况发生，特别设 置有下述结构:还包括过压保护电路，所述过压保护电路连接在双馈电机上。
[0016] 进一步的，为更好的实现本实用新型，使得风轮系统能有效应用机械原理带动双 馈电机进行发电，边实时监测叶轮速、叶轮距、叶轮轴速、齿轮运行状态、电机轴速等参数信 息，特别设置成下述结构:所述风轮系统包括叶轮、叶轮轴、齿轮箱和电机轴，所述叶轮轴一 端连接叶轮，且叶轮轴的另一端连接齿轮箱，所述齿轮箱的另一端连接电机轴，所述电机轴 连接双馈电机，所述机浆结构控制器连接叶轮，所述参数监测电路分别连接叶轮、叶轮轴、 齿轮箱和电机轴。
[0017] 进一步的，为更好的实现本实用新型，能够最大化的进行风能转换，特别设置成下 述结构:所述叶轮轴的轴速小于电机轴的轴速。
[0018] 进一步的，为更好的实现本实用新型，便于根据实际的需要而进行外扩设置CAN接 口或采用自带CAN接口，特别采用下述结构:在所述机浆结构控制器上设置有与CAN BUS连 接的CAN接口，在所述电网侧变频控制器上自带有同CAN BUS连接的eCAN接口，在所述电机 侧变频控制器上自带有同CAN BUS连接的eCAN接口，在所述主控系统上设置有同CAN BUS连 接的CAN接口。
[0019] 进一步的，为更好的实现本实用新型，能够实时方便的对每一台发电机组科学合 理的进行参数设置，特别设置有下述结构:所述人机交互界面内设置有触摸屏和/或Lm)屏 鼠键套设备。
[0020] 进一步的，为更好的实现本实用新型，能够采用双能量通道进行能量转换，同时在 很宽风速的范围内完成风能的转换，特别采用下述设置方式:所述双馈电机采用双馈型变 速恒频风力发电机。
[0021] 进一步的，为更好的实现本实用新型，能够利用成熟的嵌入式微控制技术进行主 控制器及机浆结构控制器的硬件搭载，并使得其处理能力更加快捷、稳定，降低硬件成本， 特别设置成下述结构：所述机浆结构控制器及主控制器的主控忍片皆采用嵌入式处理器 AT91RM9200。
[0022] 进一步的，为更好的实现本实用新型，能够利用成熟的DSP技术进行电网侧变频控 制器和电机侧变频控制器的硬件搭载，并使得其处理能力更加快捷、稳定，降低硬件成本， 特别设置成下述结构：所述电网侧变频控制器和电机侧变频控制器的主控制忍片皆采用 TMS320F2812〇
[0023] 本实用新型与现有技术相比，具有W下优点及有益效果：
[0024] (1)本实用新型基于CAN BUS(CAN总线）的通信优势，利用总控模式将风力发电场 内的所有发电机组进行控制，并且在控制中采用CAN总线进行通信，采用CAN总线模式能够 实时快捷的进行数据传输通信，将各种控制信号及时的分布到所要控制的目标上时，不会 出现目标信号串扰的现象，有效提高整体控制效率及控制的稳定性，并有效利用风轮变速 运行与变奖距调节技术相结合而构成的变速恒频风力发电系统，通过调节发电机转子电流 的大小、频率及相位，从而实现转速的调节，可在很宽的风速范围内保持近乎恒定的最佳叶 尖速比，进而实现追求风能最大转换效率。
[0025] (2)本实用新型在使用时，可W采用一定的控制策略灵活调节系统的有功、无功功 率，抑制谐波，减少损耗，提高系统效率。
[0026] (3)本实用新型本实用新型设置的人机交互界面能使技术员或管理人员实时的对 每一台发电机组科学合理的进行参数设置。
[0027] (4)本实用新型可根据实际需要实时监测诸如叶轮速、叶轮距、叶轮轴速、齿轮运 行状态、电机轴速等参数信息，W便合理运行各叶轮机组，达到有效进行风轮转换的目的， 并提高风能转换效率。
[0028] (5)本实用新型采用嵌入式微控制技术和DSP数字信号处理技术相结合的硬件处 理技术，能够使得所搭载的总控系统的处理能力更加快捷、稳定，并有效降低硬件成本。
[0029] (6)本实用新型采用双馈管理模式，并应用变速恒频技术，可大范围调节转速，使 风能利用系数保持在最佳值;能吸收和存储阵风能量，减少阵风冲击对风力发电机产生的 疲劳损坏、机械应力和转矩脉动，延长机组寿命，减小噪声;还可控制有功功率和无功功率， 改善电能质量。
【附图说明】
[0030] 图1为本实用新型的结构框图。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不 限于此。
[0032] 实施例1:
[0033] 采用双馈管理模式且基于CAN总线控制的风力发电系统，如图1所示，包括风轮系 统、机浆结构控制器、参数监测电路、双馈电机、主控系统、电网侧变频控制器、电机侧变频 控制器、人机交互界面和上位机风电场控制中屯、，所述风轮系统连接双馈电机，所述双馈电 机的转轴上连接有电机侧变频控制器，所述双馈电机发电输出侧通过变压器与电网侧变频 控制器连接，所述参数监测电路连接风轮系统，所述机浆结构控制器连接风轮系统，所述机 浆结构控制器通过CAN BUS连接主控系统，所述主控系统通过CAN BUS连接电网侧变频控制 器，所述电机侧变频控制器通过CAN BUS连接主控系统，所述参数监测电路通过CAN BUS连 接主控系统，所述人机交互界面和上位机风电场控制中屯、皆连接在主控系统上。
[0034] 风轮系统将将风能转换为机械能，而后带动双馈电机进行发电，其中，风轮系统在 运行时根据不同的风速进行变速运行，同时结合机浆结构控制器构成变速恒频发电系统， 利用变速恒频发电原理带动双馈电机进行发电，发出的电能将馈送到交流电网内，技术员 或管理员在对某一台风力发电机组进行检测、监测、管理时，经人机交互界面进行参数设置 或调整，设置或调整好的参数信号将通过主控制器进行后续处理，而后主控制器将通过设 置在其上的CAN接口（此接口采用主控制器的主控忍片外扩展方式设置)经CAN BUS(CAN总 线)分别对应传输到机浆结构控制器、电网侧变频控制器和电机侧变频控制器上完成相应 参数的设置或调整，而参数监测电路对诸如叶轮速、叶轮距、叶轮轴速、齿轮运行状态、电机 轴速、电机转速等参数信息进行实时监测，上位机风电场控制中屯、对风力发电场内所有发 电机组进行总控管理，电机侧变频控制器负责电机励磁控制，电网侧变频控制器负责并网 控制。
[0035] 在使用时，可W采用一定的控制策略灵活调节系统的有功、无功功率，抑制谐波， 减少损耗，提局系统效率。
[0036] 可根据实际需要实时监测诸如叶轮速、叶轮距、叶轮轴速、齿轮运行状态、电机轴 速等参数信息，W便合理运行各叶轮机组，达到有效进行风轮转换的目的，并提高风能转换 效率。
[0037] 实施例2:
[0038] 本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的，为更好的实现本实用 新型，当出现发电机转速过高，所产生的电压超出核定值时，能及时的降低转速，提供过压 保护作用，避免发电机被烧毁的情况发生，如图1所示，特别设置有下述结构:还包括过压保 护电路，所述过压保护电路连接在双馈电机上，过压保护电路的作用在于当双馈电机发电 时所产生的电压过高时，过压保护电路将输出一个控制信号至双馈电机内改变双馈电机的 运行速度，从而达到降压，避免双馈电机烧毁的目的。
[0039] 实施例3:
[0040] 本实施例是在实施例1的基础上进一步优化，进一步的，为更好的实现本实用新 型，使得风轮系统能有效应用机械原理带动双馈电机进行发电，边实时监测叶轮速、叶轮 距、叶轮轴速、齿轮运行状态、电机轴速等参数信息，如图1所示，特别设置成下述结构:所述 风轮系统包括叶轮、叶轮轴、齿轮箱和电机轴，所述叶轮轴一端连接叶轮，且叶轮轴的另一 端连接齿轮箱，所述齿轮箱的另一端连接电机轴，所述电机轴连接双馈电机，所述机浆结构 控制器连接叶轮，所述参数监测电路分别连接叶轮、叶轮轴、齿轮箱和电机轴，在应用时，风 吹动叶轮进行转动，叶轮带动叶轮轴进行低速转动，叶轮轴通过齿轮箱带动电机轴进行高 速转动，高速转动的电机轴带动双馈电机进行发电，发出的电能将馈送到交流电网内。
[0041 ] 实施例4:
[0042] 本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的，为更好的实现本实用 新型，能够最大化的进行风能转换，如图1所示，特别设置成下述结构:所述叶轮轴的轴速小 于电机轴的轴速，由于齿轮箱的机械杠杆原理，叶轮轴的较小轴速将能被转换为电机轴的 较大轴速，从实现最大化的进行风能转换的目的。
[0043] 实施例5:
[0044] 本实施例是在实施例1的基础上进一步优化，进一步的，为更好的实现本实用新 型，便于根据实际的需要而进行外扩设置CAN接口或采用自带CAN接口，如图1所示，特别采 用下述结构:在所述机浆结构控制器上设置有与CAN BUS连接的CAN接口，在所述电网侧变 频控制器上自带有同CAN BUS连接的eCAN接口，在所述电机侧变频控制器上自带有同CAN BUS连接的eCAN接口，在所述主控系统上设置有同CAN BUS连接的CAN接口，机浆结构控制器 的CAN接口采用机浆结构控制器的主控忍片外扩展方式设置，电网侧变频控制器和电机侧 变频控制器的eCAN接口为电网侧变频控制器和电机侧变频控制器的主控忍片自带CAN接 口，可W起到控制成本的目的。
[0045] 实施例6:
[0046] 本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的，为更好的实现本 实用新型，能够实时方便的对每一台发电机组科学合理的进行参数设置，如图1所示，特别 设置有下述结构:所述人机交互界面内设置有触摸屏和/或LED屏鼠键套设备，技术员或管 理员可通过触摸屏进行参数设置或更改，也可根据L邸屏提示，利用鼠键套设备进行参数设 置或更改。
[0047] 实施例7:
[0048] 本实施例是在实施例1-5任一实施例的基础上进一步优化，进一步的，为更好的实 现本实用新型，能够采用双能量通道进行能量转换，同时在很宽风速的范围内完成风能的 转换，如图1所示，特别采用下述设置方式:所述双馈电机采用双馈型变速恒频风力发电机。
[0049] 起动时通过调节奖距控制双馈型变速恒频风力发电机转速;并网后在额定风速W 下，调节双馈型变速恒频风力发电机的转矩使转速跟随风速变化，保持最佳叶尖速比W获 得最大风能;在额定风速W上，采用失速与奖距双重调节、减少奖距调节的频繁动作，限制 风力机获取的能量，保证双馈型变速恒频风力发电机功率输出的稳定性和良好的动态特 性，提高传动系统的柔性。其主要优点是可大范围调节转速，使风能利用系数保持在最佳 值;能吸收和存储阵风能量，减少阵风冲击对双馈型变速恒频风力发电机产生的疲劳损坏、 机械应力和转矩脉动，延长机组寿命，减小噪声;还可控制有功功率和无功功率，改善电能 质量。
[0050] 双馈型变速恒频风力发电机构成的变速恒频控制方案是在转子电路实现的，采用 双馈发电方式，突破了机电系统必须严格同步运行的传统观念，使原动机转速不受发电机 输出频率限制，而发电机输出电压和电流的频率、幅值和相位也不受转子速度和瞬时位置 的影响，变机电系统之间的刚性连接为柔性连接
[0051] 双馈型变速恒频风力发电机的结构类似于绕线式异步电机，旋转电机的定子和转 子均安放对称=相绕组，其定子与普通交流电机定子相似，定子绕组由具有固定频率的对 称=相电源激励。电机定转子极数相同，转子绕组由具有可调节频率的对称=相电源激励； 电机的转速由定转子之间的转差频率确定。电机的定转子磁场是同步旋转的，因此它又具 有类似同步电机的特性。
[0052] 当电机定子对称=相绕组由频率fi的电网供电时，气隙中基波旋转磁场的同步转 速为m，满足n = npni/60。转子由原动机带动W转速nr旋转，而在转子对称立相绕组中施W 频率为sfi(s为转差率）的变频电源，在转子中产生=相对称电流，它们产生的基波旋转磁 势F2相对于转子而言W转差速度Sm旋转，相对于定子W同步转速旋转。转子磁势在气隙中 建立的基波旋转磁场，在定子绕组中产生感应电势(频率为fi)，该电势与外加至定子绕组 中的电源电压共同作用形成=相对称电流，由此产生的定子基波磁势Fi同样W同步转速旋 转。定转子磁势相对静止，在气隙中形成合成磁势该磁势在气隙中产生合成磁场Wm, 分别与定转子绕组交链，在绕组中分别感应电势Ei、E2(频率为Sfi)。
[0053] 实质上，双馈型变速恒频风力发电机与普通异步电机的工作原理是一致的。二者 的区别在于普通异步电机转子电流的频率取决于电机的转速，由转子短路条感应电势的频 率决定，与转差率有关，转子电流本身的频率不能自主地、人为地调整。而双馈电机转子绕 组的频率由外加交流励磁电源供电，其频率可W随之变化调节。因此，双馈电机既具有异步 电机的工作原理，又具有同步电机的工作特性，是一种具有同步特性的特殊的异步电机。
[0054] 采用双馈管理模式，并应用变速恒频技术，可大范围调节转速，使风能利用系数保 持在最佳值;能吸收和存储阵风能量，减少阵风冲击对风力发电机产生的疲劳损坏、机械应 力和转矩脉动，延长机组寿命，减小噪声;还可控制有功功率和无功功率，改善电能质量。 [0化日]实施例8:
[0056] 本实施例是在实施例1-5任一实施例的基础上进一步优化，进一步的，为更好的实 现本实用新型，能够利用成熟的嵌入式微控制技术进行主控制器及机浆结构控制器的硬件 搭载，并使得其处理能力更加快捷、稳定，降低硬件成本，特别设置成下述结构:所述机浆结 构控制器及主控制器的主控忍片皆采用嵌入式处理器AT91RM9200。
[0057] AT91RM9200融合了ARM920T?AR-Thumb.i;、处理器;工作于 180MHz时性能高达 200MIPS;存储器管理单元具有16K字节的数据缓存，1服字节的指令缓存，写缓冲器;含有调 试信道的内部仿真器；中等规模的嵌入式宏单元结构;低功耗= VDDCORE电流为30.4mA、待机 模式电流为3.11114;附加的嵌入式存储器:51?41为161(、1?01为1281(;外部总线接口巧81)，支持 SDRAM，静态存储器，BurSt Flash，无缝连接的CompactFlashi;、;，SmartMediaTM及NAND Flash;10/100Base-T型W太网卡接口具有独立的媒体接口（MII)或简化的独立媒体接口 (RMII)，对于接收与发送有集成的28字节FIFO及专用的DMA通道;USB 2.0全速（12M比特/ 秒化机双端口；USB 2.0全速（12M比特/秒)器件端口；多媒体卡接口（MCI); 3个同步串行控 制器(SSC) ;4个通用同步/异步接收/发送器化SART);主机/从机串行外设接口（SPI);两个3 通道16位定时/计数器(TC);两线接口（TWI);所有数字引脚的IE邸1149. IJTAG边界扫描。 电源供应采用：VDDCORE,VDDOSC及VDDP化电压为：1.65V~1.95V; V抓IOP(外设I/O)及 V孤I0M(存储器I/O)电压为：1.65V~3.6V。
[0化引 AT91RM9200是完全围绕ARM920T ARM化umb处理器构建的系统。它有丰富的系统 与应用外设及标准的接口，从而为低功耗、低成本、高性能的计算机宽范围应用提供一个单 片解决方案。AT91RM9200包括一个高速片上SRAM工作区及一个低等待时间的外部总线接口 化BI), W完成应用所要求的片外存储器和内部存储器映射外设配置的无缝连接。EBI有同 步DRAM(SDRAM)、Burst Flash及静态存储器的控制器，并设计了专用电路W方便与 Sma;rtMedia、CompactFlash及NAND Flash连接。高级中断控制器(AIC)通过多向量，中断源 优先级划分及缩短中断处理传输时间来提高ARM920T处理器的中断处理性能。外设数据控 制器(PDC)向所有的串行外设提供DMA通道，使其与片内或片外存储器传输数据时不用经过 处理器。运就减少了传输连续数据流时处理器的开销。包含双指针的PDC控制器极大的简化 了 AT91RM9200的缓冲器链接。并行IAKPIO)控制器与作为通用数据的I/O复用外设输入/输 出口线，W最大程度上适应器件的配置。每条口线上包含有一个输入变化中断、开漏能力及 可编程上拉电阻。电源管理控制器(PMC)通过软件控制有选择的使能/禁用处理器及各种外 设来使系统的功耗保持最低。它用一个增强的时钟产生器来提供包括慢时钟(3化化)在内 的选定时钟信号，W随时优化功耗与性能。AT91RM9200集成了许多标准接口，包括USB 2.0 全速主机和设备端口及与多数外设和在网络层广泛使用的lO/lOOBase-TW太网媒体访问 控制器(MC)。此外，它还提供一系列符合工业标准的外设，可在音频、电信、Flash卡红外线 及智能卡中使用。为完善性能，AT91RM9200集成了包括JTAG-ICE、专口 UART调试通道(DBGU) 及嵌入式的实时追踪的一系列的调试功能。运些功能使得开发、调试所有的应用特别是受 实时性限制的应用成为可能。
[0化9] 实施例9:
[0060]本实施例是在实施例1-5任一实施例的基础上进一步优化，进一步的，为更好的实 现本实用新型，能够利用成熟的DSP技术进行电网侧变频控制器和电机侧变频控制器的硬 件搭载，并使得其处理能力更加快捷、稳定，降低硬件成本，特别设置成下述结构:所述电网 侧变频控制器和电机侧变频控制器的主控制忍片皆采用TMS320F2812。
[0061 ] TMS320F2812数字信号处理器是针对数字控制所设计的DSP，整合了 DSP及微控制 器的最佳特性，主要使用在嵌入式控制应用，针对应用最佳化，并有效缩短产品开发周期， 核屯、支持全新CCS环境的C compiIer，提供C语言中直接嵌入汇编语言的程序开发介面，可 在打吾言的环境中搭配汇编语言来撰写程序。TMS320F2812DSP核屯、支持特殊的IQ-math函式 库，系统开发人员可W使用便宜的定点数DSP来发展所需的浮点运算算法。
[0062] TMS320F2812DSP 具有如下特性：
[0063] 1、高性能静态CMOS制成技术：
[0064] 150MHz (6.67ns 周期时间），
[00化]省电设计（1.8VCore，3.3VI/0)，
[0066] 3.3V快取可程序电压；
[0067] 2、JTAG 扫描支持；
[006引 3、高效能 32BitCPU:
[0069] 16x16和32x32MAC Operations,
[0070] I6x1抓uaI MAC,
[0071] 哈佛总线结构，
[0072] 快速中断响应，
[0073] 4M线性程序寻址空间(Xinea;rP;rogramA(MressReach)，
[0074] 4M线性数据寻址空间(XinearDataAcMressReach)，
[00 巧]TMS320F24X/LF240X 程序核屯、兼容；
[0076] 4、忍片上(On-Chip)的内存：
[0077] 128Kxl6Flash(4个8Kxl6,6个16Kxl6)，
[007引化X160TPR0M(单次可程序只读存储器），
[0079] LO和Ll:2组4KX16SARAM，
[0080] 册：1组8KX16SARAM，
[0081 ] MO和Ml: 2组化X16SARAM共 128Kxl6Flash，18KX16SARAM
[0082] 5、外部内存接口 ：
[0083] 支持IM的外部内存，
[0084] 可程序的Wait Sl:ates，
[00化]可程序的Read/Write StrobeTi最小g，
[00化]S个独立的忍片选择（化ip Selects);
[0087] 6、频率与系统控制：
[008引支持动态的相位锁定模块(P化)比率变更，
[0089] On-Chip 振荡器，
[0090] 看口狗定时器模块；
[0091] 7、S个外部中断；
[0092] 外围中断扩展方块(PIE)，支持45个外围中断
[0093] 8、128位保护密码：
[0094] 保护 Flash/ROM/OTP 及 L0/L1SARAM，
[00巧]9、防止初体逆向工程；
[0096] l〇、S个32位CPU Timer;
[0097] 11、电动机控制外围：
[0098] 两个事件管理模块化VA，EVB )，
[0099] 与 240xADSP相容；
[0100] 12、同步串行外围接口 SPI模块，
[0101 ]两个异步串行通讯接口 SCI模块，标准UART(3)eCAN(Enhanced Controller Area Network)，
[0102] McBSP With SPI Mode；
[0103] 13、16个信道12位模拟-数字转换模块(ADC)，
[0104] 2x8通道的输入多任务，
[0105] 两个独立的取样-保持(Sample-and-Hold)电路，
[0106] 可单一或同步转换，
[0107] 快速的转换率:80ns/12.5MSPS。
[0108] 本实用新型基于CAN BUS(CAN总线）的通信优势，利用总控模式将风力发电场内的 所有发电机组进行控制，并且在控制中采用CAN总线进行通信，采用CAN总线模式能够实时 快捷的进行数据传输通信，将各种控制信号及时的分布到所要控制的目标上时，不会出现 目标信号串扰的现象，有效提高整体控制效率及控制的稳定性，并有效利用风轮变速运行 与变奖距调节技术相结合而构成的变速恒频风力发电系统，通过调节发电机转子电流的大 小、频率及相位，从而实现转速的调节，可在很宽的风速范围内保持近乎恒定的最佳叶尖速 比，进而实现追求风能最大转换效率。
[0109] 采用嵌入式微控制技术和DSP数字信号处理技术相结合的硬件处理技术，能够使 得所搭载的总控系统的处理能力更加快捷、稳定，并有效降低硬件成本。
[0110] W上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限 审IJ，凡是依据本实用新型的技术实质对W上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入 本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1. 采用双馈管理模式且基于CAN总线控制的风力发电系统，其特征在于：包括风轮系 统、机浆结构控制器、参数监测电路、双馈电机、主控系统、电网侧变频控制器、电机侧变频 控制器、人机交互界面和上位机风电场控制中心，所述风轮系统连接双馈电机，所述双馈电 机的转轴上连接有电机侧变频控制器，所述双馈电机发电输出侧通过变压器与电网侧变频 控制器连接，所述参数监测电路连接风轮系统，所述机浆结构控制器连接风轮系统，所述机 浆结构控制器通过CAN BUS连接主控系统，所述主控系统通过CAN BUS连接电网侧变频控制 器，所述电机侧变频控制器通过CAN BUS连接主控系统，所述参数监测电路通过CAN BUS连 接主控系统，所述人机交互界面和上位机风电场控制中心皆连接在主控系统上。2. 根据权利要求1所述的采用双馈管理模式且基于CAN总线控制的风力发电系统，其特 征在于:还包括过压保护电路，所述过压保护电路连接在双馈电机上。3. 根据权利要求1所述的采用双馈管理模式且基于CAN总线控制的风力发电系统，其特 征在于:所述风轮系统包括叶轮、叶轮轴、齿轮箱和电机轴，所述叶轮轴一端连接叶轮，且叶 轮轴的另一端连接齿轮箱，所述齿轮箱的另一端连接电机轴，所述电机轴连接双馈电机，所 述机浆结构控制器连接叶轮，所述参数监测电路分别连接叶轮、叶轮轴、齿轮箱和电机轴。4. 根据权利要求3所述的采用双馈管理模式且基于CAN总线控制的风力发电系统，其特 征在于:所述叶轮轴的轴速小于电机轴的轴速。5. 根据权利要求1所述的采用双馈管理模式且基于CAN总线控制的风力发电系统，其特 征在于:在所述机浆结构控制器上设置有与CAN BUS连接的CAN接口，在所述电网侧变频控 制器上自带有同CAN BUS连接的eCAN接口，在所述电机侧变频控制器上自带有同CAN BUS连 接的eCAN接口，在所述主控系统上设置有同CAN BUS连接的CAN接口。6. 根据权利要求1或2或3或4或5所述的采用双馈管理模式且基于CAN总线控制的风力 发电系统，其特征在于:所述人机交互界面内设置有触摸屏和/或LED屏鼠键套设备。7. 根据权利要求1或2或3或4或5所述的采用双馈管理模式且基于CAN总线控制的风力 发电系统，其特征在于:所述双馈电机采用双馈型变速恒频风力发电机。8. 根据权利要求1或2或3或4或5所述的采用双馈管理模式且基于CAN总线控制的风力 发电系统，其特征在于:所述机浆结构控制器及主控制器的主控芯片皆采用嵌入式处理器 AT91RM9200。9. 根据权利要求1或2或3或4或5所述的采用双馈管理模式且基于CAN总线控制的风力 发电系统，其特征在于:所述电网侧变频控制器和电机侧变频控制器的主控制芯片皆采用 TMS320F2812。
【文档编号】G05B19/042GK205721231SQ201620398838
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年5月5日
【发明人】李会玲
【申请人】成都君禾天成科技有限公司
【专利摘要】本实用新型公开了采用双馈管理模式且基于CAN总线控制的风力发电系统，包括风轮系统、机浆结构控制器、参数监测电路、双馈电机、主控系统、电网侧变频控制器、电机侧变频控制器、人机交互界面和上位机风电场控制中心，风轮系统连接双馈电机，双馈电机的转轴上连接有电机侧变频控制器，双馈电机发电输出侧通过变压器与电网侧变频控制器连接，参数监测电路连接风轮系统，机浆结构控制器连接风轮系统，基于CAN BUS的通信优势，利用总控模式将风力发电场内的所有发电机组进行控制，通过调节发电机转子电流的大小、频率及相位，从而实现转速的调节，可在很宽的风速范围内保持近乎恒定的最佳叶尖速比，进而实现追求风能最大转换效率。
【专利说明】
采用双馈管理模式且基于CAN总线控制的风力发电系统
技术领域
[0001] 本实用新型设及风力发电控制技术领域，具体的说，是采用双馈管理模式且基于 CAN总线控制的风力发电系统。
【背景技术】
[0002] 风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球 的风能约为2.74X IO9MW,其中可利用的风能为2 X 107丽，比地球上可开发利用的水能总量 还要大10倍。
[0003] 风很早就被人们利用，主要是通过风车来抽水、磨面等，而现在，人们感兴趣的是 如何利用风来发电。
[0004] 我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约10亿kW，其中，陆地上风能储量约 2.53亿kW(陆地上离地IOm高度资料计算），海上可开发和利用的风能储量约7.5亿kW，共计 1〇亿余4胖。
[0005] 风是没有公害的能源之一，而且它取之不尽，用之不竭，对于缺水、缺燃料和交通 不便的沿海岛蜗、草原牧区、山区和高原地带，因地制宜地利用风力发电，非常适合，大有可 为。
[0006] CAN是Controller Area Network的缩写（W下称为CAN)，是ISO国际标准化的串行 通信协议。在汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样 的电子控制系统被开发了出来。由于运些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求 不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应"减少线束的数 量"、"通过多个LAN,进行大量数据的高速通信"的需要，1986年德国电气商博世公司开发出 面向汽车的CAN通信协议。此后，CAN通过I SOl 1898及I SOl 1519进行了标准化，在欧洲已是汽 车网络的标准协议。
[0007] CAN的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、 工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的 计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了 强有力的技术支持。
[000引CAN属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信 网络。较之许多RS-485基于R线构建的分布式控制系统而言，基于CAN总线的分布式控制系 统在W下方面具有明显的优越性：
[0009] CAN控制器工作于多种方式，网络中的各节点都可根据总线访问优先权(取决于报 文标识符)采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据，且CAN协议废除了站地址 编码，而代之W对通信数据进行编码，运可使不同的节点同时接收到相同的数据，运些特点 使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强，并且容易构成冗余结构，提高系 统的可靠性和系统的灵活性。而利用RS-485只能构成主从式结构系统，通信方式也只能W 主站轮询的方式进行，系统的实时性、可靠性较差；
[0010] CAN总线通过CAN收发器接口忍片82C250的两个输出端CANH和CANL与物理总线相 连，而CANH端的状态只能是高电平或悬浮状态，CAMi品只能是低电平或悬浮状态。运就保证 不会在出现在RS-485网络中的现象，即当系统有错误，出现多节点同时向总线发送数据时， 导致总线呈现短路，从而损坏某些节点的现象。而且CAN节点在错误严重的情况下具有自动 关闭输出功能，W使总线上其他节点的操作不受影响，从而保证不会出现象在网络中，因个 另IJ节点出现问题，使得总线处于"死锁"状态。而且，CAN具有的完善的通信协议可由CAN控制 器忍片及其接口忍片来实现，从而大大降低系统开发难度，缩短了开发周期，运些是仅有电 气协议的RS-485所无法比拟的。
[0011] 另外，与其它现场总线比较而言，CAN总线是具有通信速率高、容易实现、且性价比 高等诸多特点的一种已形成国际标准的现场总线。运些也是CAN总线应用于众多领域，具有 强劲的市场竞争力的重要原因。
[0012] CAN即控制器局域网络，属于工业现场总线的范畴。与一般的通信总线相比，CAN总 线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。由于其良好的性能及独特的设计，CAN 总线越来越受到人们的重视。 【实用新型内容】
[OOU]本实用新型的目的在于设计出采用双馈管理模式且基于CAN总线控制的风力发电 系统，基于CAN BUS(CAN总线）的通信优势，利用总控模式将风力发电场内的所有发电机组 进行控制，并且在控制中采用CAN总线进行通信，采用CAN总线模式能够实时快捷的进行数 据传输通信，将各种控制信号及时的分布到所要控制的目标上时，不会出现目标信号串扰 的现象，有效提高整体控制效率及控制的稳定性，并有效利用风轮变速运行与变奖距调节 技术相结合而构成的变速恒频风力发电系统，通过调节发电机转子电流的大小、频率及相 位，从而实现转速的调节，可在很宽的风速范围内保持近乎恒定的最佳叶尖速比，进而实现 追求风能最大转换效率。
[0014]本实用新型通过下述技术方案实现:采用双馈管理模式且基于CAN总线控制的风 力发电系统，包括风轮系统、机浆结构控制器、参数监测电路、双馈电机、主控系统、电网侧 变频控制器、电机侧变频控制器、人机交互界面和上位机风电场控制中屯、，所述风轮系统连 接双馈电机，所述双馈电机的转轴上连接有电机侧变频控制器，所述双馈电机发电输出侧 通过变压器与电网侧变频控制器连接，所述参数监测电路连接风轮系统，所述机浆结构控 制器连接风轮系统，所述机浆结构控制器通过CAN BUS连接主控系统，所述主控系统通过 CAN BUS连接电网侧变频控制器，所述电机侧变频控制器通过CAN BUS连接主控系统，所述 参数监测电路通过CAN BUS连接主控系统，所述人机交互界面和上位机风电场控制中屯、皆 连接在主控系统上，基于CAN BUS(CAN总线）的通信优势，利用总控模式将风力发电场内的 所有发电机组进行控制，并且在控制中采用CAN总线进行通信，采用CAN总线模式能够实时 快捷的进行数据传输通信，将各种控制信号及时的分布到所要控制的目标上时，不会出现 目标信号串扰的现象，有效提高整体控制效率及控制的稳定性，并有效利用风轮变速运行 与变奖距调节技术相结合而构成的变速恒频风力发电系统，通过调节发电机转子电流的大 小、频率及相位，从而实现转速的调节，可在很宽的风速范围内保持近乎恒定的最佳叶尖速 比，进而实现追求风能最大转换效率。
[0015] 进一步的，为更好的实现本实用新型，当出现发电机转速过高，所产生的电压超出 核定值时，能及时的降低转速，提供过压保护作用，避免发电机被烧毁的情况发生，特别设 置有下述结构:还包括过压保护电路，所述过压保护电路连接在双馈电机上。
[0016] 进一步的，为更好的实现本实用新型，使得风轮系统能有效应用机械原理带动双 馈电机进行发电，边实时监测叶轮速、叶轮距、叶轮轴速、齿轮运行状态、电机轴速等参数信 息，特别设置成下述结构:所述风轮系统包括叶轮、叶轮轴、齿轮箱和电机轴，所述叶轮轴一 端连接叶轮，且叶轮轴的另一端连接齿轮箱，所述齿轮箱的另一端连接电机轴，所述电机轴 连接双馈电机，所述机浆结构控制器连接叶轮，所述参数监测电路分别连接叶轮、叶轮轴、 齿轮箱和电机轴。
[0017] 进一步的，为更好的实现本实用新型，能够最大化的进行风能转换，特别设置成下 述结构:所述叶轮轴的轴速小于电机轴的轴速。
[0018] 进一步的，为更好的实现本实用新型，便于根据实际的需要而进行外扩设置CAN接 口或采用自带CAN接口，特别采用下述结构:在所述机浆结构控制器上设置有与CAN BUS连 接的CAN接口，在所述电网侧变频控制器上自带有同CAN BUS连接的eCAN接口，在所述电机 侧变频控制器上自带有同CAN BUS连接的eCAN接口，在所述主控系统上设置有同CAN BUS连 接的CAN接口。
[0019] 进一步的，为更好的实现本实用新型，能够实时方便的对每一台发电机组科学合 理的进行参数设置，特别设置有下述结构:所述人机交互界面内设置有触摸屏和/或Lm)屏 鼠键套设备。
[0020] 进一步的，为更好的实现本实用新型，能够采用双能量通道进行能量转换，同时在 很宽风速的范围内完成风能的转换，特别采用下述设置方式:所述双馈电机采用双馈型变 速恒频风力发电机。
[0021] 进一步的，为更好的实现本实用新型，能够利用成熟的嵌入式微控制技术进行主 控制器及机浆结构控制器的硬件搭载，并使得其处理能力更加快捷、稳定，降低硬件成本， 特别设置成下述结构：所述机浆结构控制器及主控制器的主控忍片皆采用嵌入式处理器 AT91RM9200。
[0022] 进一步的，为更好的实现本实用新型，能够利用成熟的DSP技术进行电网侧变频控 制器和电机侧变频控制器的硬件搭载，并使得其处理能力更加快捷、稳定，降低硬件成本， 特别设置成下述结构：所述电网侧变频控制器和电机侧变频控制器的主控制忍片皆采用 TMS320F2812〇
[0023] 本实用新型与现有技术相比，具有W下优点及有益效果：
[0024] (1)本实用新型基于CAN BUS(CAN总线）的通信优势，利用总控模式将风力发电场 内的所有发电机组进行控制，并且在控制中采用CAN总线进行通信，采用CAN总线模式能够 实时快捷的进行数据传输通信，将各种控制信号及时的分布到所要控制的目标上时，不会 出现目标信号串扰的现象，有效提高整体控制效率及控制的稳定性，并有效利用风轮变速 运行与变奖距调节技术相结合而构成的变速恒频风力发电系统，通过调节发电机转子电流 的大小、频率及相位，从而实现转速的调节，可在很宽的风速范围内保持近乎恒定的最佳叶 尖速比，进而实现追求风能最大转换效率。
[0025] (2)本实用新型在使用时，可W采用一定的控制策略灵活调节系统的有功、无功功 率，抑制谐波，减少损耗，提高系统效率。
[0026] (3)本实用新型本实用新型设置的人机交互界面能使技术员或管理人员实时的对 每一台发电机组科学合理的进行参数设置。
[0027] (4)本实用新型可根据实际需要实时监测诸如叶轮速、叶轮距、叶轮轴速、齿轮运 行状态、电机轴速等参数信息，W便合理运行各叶轮机组，达到有效进行风轮转换的目的， 并提高风能转换效率。
[0028] (5)本实用新型采用嵌入式微控制技术和DSP数字信号处理技术相结合的硬件处 理技术，能够使得所搭载的总控系统的处理能力更加快捷、稳定，并有效降低硬件成本。
[0029] (6)本实用新型采用双馈管理模式，并应用变速恒频技术，可大范围调节转速，使 风能利用系数保持在最佳值;能吸收和存储阵风能量，减少阵风冲击对风力发电机产生的 疲劳损坏、机械应力和转矩脉动，延长机组寿命，减小噪声;还可控制有功功率和无功功率， 改善电能质量。
【附图说明】
[0030] 图1为本实用新型的结构框图。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不 限于此。
[0032] 实施例1:
[0033] 采用双馈管理模式且基于CAN总线控制的风力发电系统，如图1所示，包括风轮系 统、机浆结构控制器、参数监测电路、双馈电机、主控系统、电网侧变频控制器、电机侧变频 控制器、人机交互界面和上位机风电场控制中屯、，所述风轮系统连接双馈电机，所述双馈电 机的转轴上连接有电机侧变频控制器，所述双馈电机发电输出侧通过变压器与电网侧变频 控制器连接，所述参数监测电路连接风轮系统，所述机浆结构控制器连接风轮系统，所述机 浆结构控制器通过CAN BUS连接主控系统，所述主控系统通过CAN BUS连接电网侧变频控制 器，所述电机侧变频控制器通过CAN BUS连接主控系统，所述参数监测电路通过CAN BUS连 接主控系统，所述人机交互界面和上位机风电场控制中屯、皆连接在主控系统上。
[0034] 风轮系统将将风能转换为机械能，而后带动双馈电机进行发电，其中，风轮系统在 运行时根据不同的风速进行变速运行，同时结合机浆结构控制器构成变速恒频发电系统， 利用变速恒频发电原理带动双馈电机进行发电，发出的电能将馈送到交流电网内，技术员 或管理员在对某一台风力发电机组进行检测、监测、管理时，经人机交互界面进行参数设置 或调整，设置或调整好的参数信号将通过主控制器进行后续处理，而后主控制器将通过设 置在其上的CAN接口（此接口采用主控制器的主控忍片外扩展方式设置)经CAN BUS(CAN总 线)分别对应传输到机浆结构控制器、电网侧变频控制器和电机侧变频控制器上完成相应 参数的设置或调整，而参数监测电路对诸如叶轮速、叶轮距、叶轮轴速、齿轮运行状态、电机 轴速、电机转速等参数信息进行实时监测，上位机风电场控制中屯、对风力发电场内所有发 电机组进行总控管理，电机侧变频控制器负责电机励磁控制，电网侧变频控制器负责并网 控制。
[0035] 在使用时，可W采用一定的控制策略灵活调节系统的有功、无功功率，抑制谐波， 减少损耗，提局系统效率。
[0036] 可根据实际需要实时监测诸如叶轮速、叶轮距、叶轮轴速、齿轮运行状态、电机轴 速等参数信息，W便合理运行各叶轮机组，达到有效进行风轮转换的目的，并提高风能转换 效率。
[0037] 实施例2:
[0038] 本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的，为更好的实现本实用 新型，当出现发电机转速过高，所产生的电压超出核定值时，能及时的降低转速，提供过压 保护作用，避免发电机被烧毁的情况发生，如图1所示，特别设置有下述结构:还包括过压保 护电路，所述过压保护电路连接在双馈电机上，过压保护电路的作用在于当双馈电机发电 时所产生的电压过高时，过压保护电路将输出一个控制信号至双馈电机内改变双馈电机的 运行速度，从而达到降压，避免双馈电机烧毁的目的。
[0039] 实施例3:
[0040] 本实施例是在实施例1的基础上进一步优化，进一步的，为更好的实现本实用新 型，使得风轮系统能有效应用机械原理带动双馈电机进行发电，边实时监测叶轮速、叶轮 距、叶轮轴速、齿轮运行状态、电机轴速等参数信息，如图1所示，特别设置成下述结构:所述 风轮系统包括叶轮、叶轮轴、齿轮箱和电机轴，所述叶轮轴一端连接叶轮，且叶轮轴的另一 端连接齿轮箱，所述齿轮箱的另一端连接电机轴，所述电机轴连接双馈电机，所述机浆结构 控制器连接叶轮，所述参数监测电路分别连接叶轮、叶轮轴、齿轮箱和电机轴，在应用时，风 吹动叶轮进行转动，叶轮带动叶轮轴进行低速转动，叶轮轴通过齿轮箱带动电机轴进行高 速转动，高速转动的电机轴带动双馈电机进行发电，发出的电能将馈送到交流电网内。
[0041 ] 实施例4:
[0042] 本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的，为更好的实现本实用 新型，能够最大化的进行风能转换，如图1所示，特别设置成下述结构:所述叶轮轴的轴速小 于电机轴的轴速，由于齿轮箱的机械杠杆原理，叶轮轴的较小轴速将能被转换为电机轴的 较大轴速，从实现最大化的进行风能转换的目的。
[0043] 实施例5:
[0044] 本实施例是在实施例1的基础上进一步优化，进一步的，为更好的实现本实用新 型，便于根据实际的需要而进行外扩设置CAN接口或采用自带CAN接口，如图1所示，特别采 用下述结构:在所述机浆结构控制器上设置有与CAN BUS连接的CAN接口，在所述电网侧变 频控制器上自带有同CAN BUS连接的eCAN接口，在所述电机侧变频控制器上自带有同CAN BUS连接的eCAN接口，在所述主控系统上设置有同CAN BUS连接的CAN接口，机浆结构控制器 的CAN接口采用机浆结构控制器的主控忍片外扩展方式设置，电网侧变频控制器和电机侧 变频控制器的eCAN接口为电网侧变频控制器和电机侧变频控制器的主控忍片自带CAN接 口，可W起到控制成本的目的。
[0045] 实施例6:
[0046] 本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的，为更好的实现本 实用新型，能够实时方便的对每一台发电机组科学合理的进行参数设置，如图1所示，特别 设置有下述结构:所述人机交互界面内设置有触摸屏和/或LED屏鼠键套设备，技术员或管 理员可通过触摸屏进行参数设置或更改，也可根据L邸屏提示，利用鼠键套设备进行参数设 置或更改。
[0047] 实施例7:
[0048] 本实施例是在实施例1-5任一实施例的基础上进一步优化，进一步的，为更好的实 现本实用新型，能够采用双能量通道进行能量转换，同时在很宽风速的范围内完成风能的 转换，如图1所示，特别采用下述设置方式:所述双馈电机采用双馈型变速恒频风力发电机。
[0049] 起动时通过调节奖距控制双馈型变速恒频风力发电机转速;并网后在额定风速W 下，调节双馈型变速恒频风力发电机的转矩使转速跟随风速变化，保持最佳叶尖速比W获 得最大风能;在额定风速W上，采用失速与奖距双重调节、减少奖距调节的频繁动作，限制 风力机获取的能量，保证双馈型变速恒频风力发电机功率输出的稳定性和良好的动态特 性，提高传动系统的柔性。其主要优点是可大范围调节转速，使风能利用系数保持在最佳 值;能吸收和存储阵风能量，减少阵风冲击对双馈型变速恒频风力发电机产生的疲劳损坏、 机械应力和转矩脉动，延长机组寿命，减小噪声;还可控制有功功率和无功功率，改善电能 质量。
[0050] 双馈型变速恒频风力发电机构成的变速恒频控制方案是在转子电路实现的，采用 双馈发电方式，突破了机电系统必须严格同步运行的传统观念，使原动机转速不受发电机 输出频率限制，而发电机输出电压和电流的频率、幅值和相位也不受转子速度和瞬时位置 的影响，变机电系统之间的刚性连接为柔性连接
[0051] 双馈型变速恒频风力发电机的结构类似于绕线式异步电机，旋转电机的定子和转 子均安放对称=相绕组，其定子与普通交流电机定子相似，定子绕组由具有固定频率的对 称=相电源激励。电机定转子极数相同，转子绕组由具有可调节频率的对称=相电源激励； 电机的转速由定转子之间的转差频率确定。电机的定转子磁场是同步旋转的，因此它又具 有类似同步电机的特性。
[0052] 当电机定子对称=相绕组由频率fi的电网供电时，气隙中基波旋转磁场的同步转 速为m，满足n = npni/60。转子由原动机带动W转速nr旋转，而在转子对称立相绕组中施W 频率为sfi(s为转差率）的变频电源，在转子中产生=相对称电流，它们产生的基波旋转磁 势F2相对于转子而言W转差速度Sm旋转，相对于定子W同步转速旋转。转子磁势在气隙中 建立的基波旋转磁场，在定子绕组中产生感应电势(频率为fi)，该电势与外加至定子绕组 中的电源电压共同作用形成=相对称电流，由此产生的定子基波磁势Fi同样W同步转速旋 转。定转子磁势相对静止，在气隙中形成合成磁势该磁势在气隙中产生合成磁场Wm, 分别与定转子绕组交链，在绕组中分别感应电势Ei、E2(频率为Sfi)。
[0053] 实质上，双馈型变速恒频风力发电机与普通异步电机的工作原理是一致的。二者 的区别在于普通异步电机转子电流的频率取决于电机的转速，由转子短路条感应电势的频 率决定，与转差率有关，转子电流本身的频率不能自主地、人为地调整。而双馈电机转子绕 组的频率由外加交流励磁电源供电，其频率可W随之变化调节。因此，双馈电机既具有异步 电机的工作原理，又具有同步电机的工作特性，是一种具有同步特性的特殊的异步电机。
[0054] 采用双馈管理模式，并应用变速恒频技术，可大范围调节转速，使风能利用系数保 持在最佳值;能吸收和存储阵风能量，减少阵风冲击对风力发电机产生的疲劳损坏、机械应 力和转矩脉动，延长机组寿命，减小噪声;还可控制有功功率和无功功率，改善电能质量。 [0化日]实施例8:
[0056] 本实施例是在实施例1-5任一实施例的基础上进一步优化，进一步的，为更好的实 现本实用新型，能够利用成熟的嵌入式微控制技术进行主控制器及机浆结构控制器的硬件 搭载，并使得其处理能力更加快捷、稳定，降低硬件成本，特别设置成下述结构:所述机浆结 构控制器及主控制器的主控忍片皆采用嵌入式处理器AT91RM9200。
[0057] AT91RM9200融合了ARM920T?AR-Thumb.i;、处理器;工作于 180MHz时性能高达 200MIPS;存储器管理单元具有16K字节的数据缓存，1服字节的指令缓存，写缓冲器;含有调 试信道的内部仿真器；中等规模的嵌入式宏单元结构;低功耗= VDDCORE电流为30.4mA、待机 模式电流为3.11114;附加的嵌入式存储器:51?41为161(、1?01为1281(;外部总线接口巧81)，支持 SDRAM，静态存储器，BurSt Flash，无缝连接的CompactFlashi;、;，SmartMediaTM及NAND Flash;10/100Base-T型W太网卡接口具有独立的媒体接口（MII)或简化的独立媒体接口 (RMII)，对于接收与发送有集成的28字节FIFO及专用的DMA通道;USB 2.0全速（12M比特/ 秒化机双端口；USB 2.0全速（12M比特/秒)器件端口；多媒体卡接口（MCI); 3个同步串行控 制器(SSC) ;4个通用同步/异步接收/发送器化SART);主机/从机串行外设接口（SPI);两个3 通道16位定时/计数器(TC);两线接口（TWI);所有数字引脚的IE邸1149. IJTAG边界扫描。 电源供应采用：VDDCORE,VDDOSC及VDDP化电压为：1.65V~1.95V; V抓IOP(外设I/O)及 V孤I0M(存储器I/O)电压为：1.65V~3.6V。
[0化引 AT91RM9200是完全围绕ARM920T ARM化umb处理器构建的系统。它有丰富的系统 与应用外设及标准的接口，从而为低功耗、低成本、高性能的计算机宽范围应用提供一个单 片解决方案。AT91RM9200包括一个高速片上SRAM工作区及一个低等待时间的外部总线接口 化BI), W完成应用所要求的片外存储器和内部存储器映射外设配置的无缝连接。EBI有同 步DRAM(SDRAM)、Burst Flash及静态存储器的控制器，并设计了专用电路W方便与 Sma;rtMedia、CompactFlash及NAND Flash连接。高级中断控制器(AIC)通过多向量，中断源 优先级划分及缩短中断处理传输时间来提高ARM920T处理器的中断处理性能。外设数据控 制器(PDC)向所有的串行外设提供DMA通道，使其与片内或片外存储器传输数据时不用经过 处理器。运就减少了传输连续数据流时处理器的开销。包含双指针的PDC控制器极大的简化 了 AT91RM9200的缓冲器链接。并行IAKPIO)控制器与作为通用数据的I/O复用外设输入/输 出口线，W最大程度上适应器件的配置。每条口线上包含有一个输入变化中断、开漏能力及 可编程上拉电阻。电源管理控制器(PMC)通过软件控制有选择的使能/禁用处理器及各种外 设来使系统的功耗保持最低。它用一个增强的时钟产生器来提供包括慢时钟(3化化)在内 的选定时钟信号，W随时优化功耗与性能。AT91RM9200集成了许多标准接口，包括USB 2.0 全速主机和设备端口及与多数外设和在网络层广泛使用的lO/lOOBase-TW太网媒体访问 控制器(MC)。此外，它还提供一系列符合工业标准的外设，可在音频、电信、Flash卡红外线 及智能卡中使用。为完善性能，AT91RM9200集成了包括JTAG-ICE、专口 UART调试通道(DBGU) 及嵌入式的实时追踪的一系列的调试功能。运些功能使得开发、调试所有的应用特别是受 实时性限制的应用成为可能。
[0化9] 实施例9:
[0060]本实施例是在实施例1-5任一实施例的基础上进一步优化，进一步的，为更好的实 现本实用新型，能够利用成熟的DSP技术进行电网侧变频控制器和电机侧变频控制器的硬 件搭载，并使得其处理能力更加快捷、稳定，降低硬件成本，特别设置成下述结构:所述电网 侧变频控制器和电机侧变频控制器的主控制忍片皆采用TMS320F2812。
[0061 ] TMS320F2812数字信号处理器是针对数字控制所设计的DSP，整合了 DSP及微控制 器的最佳特性，主要使用在嵌入式控制应用，针对应用最佳化，并有效缩短产品开发周期， 核屯、支持全新CCS环境的C compiIer，提供C语言中直接嵌入汇编语言的程序开发介面，可 在打吾言的环境中搭配汇编语言来撰写程序。TMS320F2812DSP核屯、支持特殊的IQ-math函式 库，系统开发人员可W使用便宜的定点数DSP来发展所需的浮点运算算法。
[0062] TMS320F2812DSP 具有如下特性：
[0063] 1、高性能静态CMOS制成技术：
[0064] 150MHz (6.67ns 周期时间），
[00化]省电设计（1.8VCore，3.3VI/0)，
[0066] 3.3V快取可程序电压；
[0067] 2、JTAG 扫描支持；
[006引 3、高效能 32BitCPU:
[0069] 16x16和32x32MAC Operations,
[0070] I6x1抓uaI MAC,
[0071] 哈佛总线结构，
[0072] 快速中断响应，
[0073] 4M线性程序寻址空间(Xinea;rP;rogramA(MressReach)，
[0074] 4M线性数据寻址空间(XinearDataAcMressReach)，
[00 巧]TMS320F24X/LF240X 程序核屯、兼容；
[0076] 4、忍片上(On-Chip)的内存：
[0077] 128Kxl6Flash(4个8Kxl6,6个16Kxl6)，
[007引化X160TPR0M(单次可程序只读存储器），
[0079] LO和Ll:2组4KX16SARAM，
[0080] 册：1组8KX16SARAM，
[0081 ] MO和Ml: 2组化X16SARAM共 128Kxl6Flash，18KX16SARAM
[0082] 5、外部内存接口 ：
[0083] 支持IM的外部内存，
[0084] 可程序的Wait Sl:ates，
[00化]可程序的Read/Write StrobeTi最小g，
[00化]S个独立的忍片选择（化ip Selects);
[0087] 6、频率与系统控制：
[008引支持动态的相位锁定模块(P化)比率变更，
[0089] On-Chip 振荡器，
[0090] 看口狗定时器模块；
[0091] 7、S个外部中断；
[0092] 外围中断扩展方块(PIE)，支持45个外围中断
[0093] 8、128位保护密码：
[0094] 保护 Flash/ROM/OTP 及 L0/L1SARAM，
[00巧]9、防止初体逆向工程；
[0096] l〇、S个32位CPU Timer;
[0097] 11、电动机控制外围：
[0098] 两个事件管理模块化VA，EVB )，
[0099] 与 240xADSP相容；
[0100] 12、同步串行外围接口 SPI模块，
[0101 ]两个异步串行通讯接口 SCI模块，标准UART(3)eCAN(Enhanced Controller Area Network)，
[0102] McBSP With SPI Mode；
[0103] 13、16个信道12位模拟-数字转换模块(ADC)，
[0104] 2x8通道的输入多任务，
[0105] 两个独立的取样-保持(Sample-and-Hold)电路，
[0106] 可单一或同步转换，
[0107] 快速的转换率:80ns/12.5MSPS。
[0108] 本实用新型基于CAN BUS(CAN总线）的通信优势，利用总控模式将风力发电场内的 所有发电机组进行控制，并且在控制中采用CAN总线进行通信，采用CAN总线模式能够实时 快捷的进行数据传输通信，将各种控制信号及时的分布到所要控制的目标上时，不会出现 目标信号串扰的现象，有效提高整体控制效率及控制的稳定性，并有效利用风轮变速运行 与变奖距调节技术相结合而构成的变速恒频风力发电系统，通过调节发电机转子电流的大 小、频率及相位，从而实现转速的调节，可在很宽的风速范围内保持近乎恒定的最佳叶尖速 比，进而实现追求风能最大转换效率。
[0109] 采用嵌入式微控制技术和DSP数字信号处理技术相结合的硬件处理技术，能够使 得所搭载的总控系统的处理能力更加快捷、稳定，并有效降低硬件成本。
[0110] W上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限 审IJ，凡是依据本实用新型的技术实质对W上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入 本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1. 采用双馈管理模式且基于CAN总线控制的风力发电系统，其特征在于：包括风轮系 统、机浆结构控制器、参数监测电路、双馈电机、主控系统、电网侧变频控制器、电机侧变频 控制器、人机交互界面和上位机风电场控制中心，所述风轮系统连接双馈电机，所述双馈电 机的转轴上连接有电机侧变频控制器，所述双馈电机发电输出侧通过变压器与电网侧变频 控制器连接，所述参数监测电路连接风轮系统，所述机浆结构控制器连接风轮系统，所述机 浆结构控制器通过CAN BUS连接主控系统，所述主控系统通过CAN BUS连接电网侧变频控制 器，所述电机侧变频控制器通过CAN BUS连接主控系统，所述参数监测电路通过CAN BUS连 接主控系统，所述人机交互界面和上位机风电场控制中心皆连接在主控系统上。2. 根据权利要求1所述的采用双馈管理模式且基于CAN总线控制的风力发电系统，其特 征在于:还包括过压保护电路，所述过压保护电路连接在双馈电机上。3. 根据权利要求1所述的采用双馈管理模式且基于CAN总线控制的风力发电系统，其特 征在于:所述风轮系统包括叶轮、叶轮轴、齿轮箱和电机轴，所述叶轮轴一端连接叶轮，且叶 轮轴的另一端连接齿轮箱，所述齿轮箱的另一端连接电机轴，所述电机轴连接双馈电机，所 述机浆结构控制器连接叶轮，所述参数监测电路分别连接叶轮、叶轮轴、齿轮箱和电机轴。4. 根据权利要求3所述的采用双馈管理模式且基于CAN总线控制的风力发电系统，其特 征在于:所述叶轮轴的轴速小于电机轴的轴速。5. 根据权利要求1所述的采用双馈管理模式且基于CAN总线控制的风力发电系统，其特 征在于:在所述机浆结构控制器上设置有与CAN BUS连接的CAN接口，在所述电网侧变频控 制器上自带有同CAN BUS连接的eCAN接口，在所述电机侧变频控制器上自带有同CAN BUS连 接的eCAN接口，在所述主控系统上设置有同CAN BUS连接的CAN接口。6. 根据权利要求1或2或3或4或5所述的采用双馈管理模式且基于CAN总线控制的风力 发电系统，其特征在于:所述人机交互界面内设置有触摸屏和/或LED屏鼠键套设备。7. 根据权利要求1或2或3或4或5所述的采用双馈管理模式且基于CAN总线控制的风力 发电系统，其特征在于:所述双馈电机采用双馈型变速恒频风力发电机。8. 根据权利要求1或2或3或4或5所述的采用双馈管理模式且基于CAN总线控制的风力 发电系统，其特征在于:所述机浆结构控制器及主控制器的主控芯片皆采用嵌入式处理器 AT91RM9200。9. 根据权利要求1或2或3或4或5所述的采用双馈管理模式且基于CAN总线控制的风力 发电系统，其特征在于:所述电网侧变频控制器和电机侧变频控制器的主控制芯片皆采用 TMS320F2812。
【文档编号】G05B19/042GK205721231SQ201620398838
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年5月5日
【发明人】李会玲
【申请人】成都君禾天成科技有限公司
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