专利名称：双馈风力发电机控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力控制领域，具体地说是一种双馈风力发电机控制系统。
背景技术：
中国的风力发电设备制造起步较晚，大量的风电控制设备都必须从国外进口，随 着国内风电需求的快速增长及其广阔前景吸引了国外风机制造商纷纷进入国内设厂。目前 国内风机制造企业虽然逐步增多，但多数是购买欧洲制造企业的技术许可证，例如风电变 流器的技术许可，风机控制核心技术依然牢牢控制在外资企业手中。国内庞大的风电市场 急需有自主知识产权的风机控制系统产品的出现，用以代替国外品牌同类产品。风电主控制系统和变流器系统的研发必然需要相应的实验平台，最理想的实验平 台是1 1模拟双馈风力发电机实验平台，也就是具有1. 5 2MW的电动机及其拖动变频 器、双馈风力发电机及并网主电路，搭建这样的平台耗资巨大，搭建周期也长，并非所有公 司都能承受。小容量(30kW)的小电机试验平台，能够控制电动机以设定好的风速曲线运行，其 变流器控制系统能够为发电机电机提供励磁电流，进行空载并网和功率试验，完全能够验 证功率解耦控制。因此，一套能够模拟电动机运行和发电机变速恒频控制的双馈风力发电 机控制系统可以实现对控制算法和控制策略的验证。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种适用 于小型(30kW)风力发电机试验平台模拟控制的双馈风力发电机控制系统。为此，本实用新型采用的技术方案是双馈风力发电机控制系统，包括变频器，其 特征在于所述的变频器与一 PLC控制器进行双向通信，变频器的三相输出接电动机，电动 机带动发电机，PLC控制器通过以太网与一上位机相连，所述的上位机装有电动机控制软 件，上位机通过以太网与一励磁变流器的控制器相连，该控制器输出驱动脉冲信号给励磁 变流器，所述的励磁变流器包括网侧变流器和通过直流母线与其连接的机侧变流器，网侧 变流器与交流电网连接，机侧变流器连接发电机的转子，发电机的定子通过并网开关与交 流电网相连。作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本实用新型采取以下技术措施上述的双馈风力发电机控制系统，网侧变流器通过其三相全桥IPM模块与所述的 交流电网连接，两者之间依次串联一 LCL滤波电路和网侧接触器；机侧变流器通过其三相 全桥IPM模块与所述的发电机转子连接，两者之间串联一 du/dt滤波电路，du/dt滤波电路 与发电机转子之间并联有crowbar电路和RC滤波电路。上述的双馈风力发电机控制系统，PLC控制器包括总控制器(简称MP)和通过485 总线与总控制器相连的数字量输入板(简称DI)、模拟量输入板(简称Al)、数字量输出板 (简称DO)和模拟量输出板(简称AO)，数字量输入板和模拟量输入板与变频器的信号输出端连接，数字量输出板和模拟量输出板与变频器的输入控制信号端连接，总控制器通过以 太网与所述的上位机连接。上述的双馈风力发电机控制系统，励磁变流器的控制器包括控制模块和通讯控制 卡，两者之间通过CAN网连接，通讯控制卡通过以太网与上位机连接，与电动机控制软件实 现通讯，控制模块输出驱动脉冲信号给励磁变流器。上述的双馈风力发电机控制系统，直线母线上并联直流储能电容，交流电网与直 流母线之间接有预充电电路，当该控制系统长时间停机后第一次启动时，通过预充电电路 给直流储能电容充电，使励磁变流器能正常启动。本实用新型模拟电动机驱动的原理为通过电动机软件设定转速(转矩)_时间曲 线，该曲线下载到MP中运行，MP控制DO输出，使变频器以转矩或转速方式运行，MP控制AO 输出连续变化的模拟信号，该模拟信号即是实时的转速(转矩)值。该值控制变频器到电 动机的输出电流，从而控制电动机按设定好的转速(转矩)_时间曲线进行连续的运转。电 动机拖动发电机转动，可以控制发电机以任意转速变化运行。本实用新型模拟变流器励磁的原理为励磁变流器的网侧变流器控制直流电压维 持在750V左右，机侧变流器根据发电机转速，提供频率、幅值变化的转子励磁电流，控制发 电机定子电压幅值、相位、频率保持稳定，实现所谓“变速恒频”控制。当同期条件满足后， 可以实现自动并网(也可以手动并网)。本实用新型模拟最大风能追踪的原理为在转矩_曲线控制模式下，MP逻辑可以 根据当前的转矩、转速曲线，估算出发电机所能发出的最大功率，并以通讯的方式将功率值 传递给励磁变流器，励磁变流器根据下发的功率值进行实时的调整，实现最大风能追踪功 能，这也模拟了现在双馈风机主控与变流器的主要控制模式。本实用新型将电动机控制和发电机功率解耦控制整合为一体，具有的有益效果 可以为双馈发电机提供励磁电流，实现变速恒频输出、空载并网、有功、无功功率解耦控制 功能；其电动机驱动模块，支持转矩、转速的电机驱动，可以灵活设定各种转速(转矩)_时 间曲线，实现对电动机的转速(转矩)连续调节，同时根据转速-功率曲线，计算出变流器 的输出功率给定值，并与变流器实时通讯，模拟最大风能追踪功能。下面结合说明书附图和具体实施方式
对本实用新型进行详细说明。
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示的双馈风力发电机控制系统，变频器的三相输出接异步电动机，电动 机带动发电机，PLC控制器由总控制器(简称MP)和通过485总线与总控制器相连的数字 量输入板(简称DI)、模拟量输入板(简称Al)、数字量输出板(简称DO)和模拟量输出板 (简称AO)组成，DI和AI与变频器的信号输出端连接，DO和AO与变频器的输入控制信号端 连接。总控制器通过以太网与所述的上位机连接，所述的上位机装有电动机控制软件。励 磁变流器的控制器由控制模块和通讯控制卡组成，两者之间通过CAN网连接，通讯控制卡 通过以太网与上位机连接，与电动机控制软件实现通讯，控制模块输出驱动脉冲信号给励磁变流器。所述的励磁变流器由网侧变流器和通过直流母线与其连接的机侧变流器组成，直 线母线上并联直流储能电容C，交流电网与直流母线之间接有预充电电路。网侧变流器通 过其三相全桥IPM模块与所述的交流电网连接，两者之间依次串联LCL滤波电路和网侧接 触器。机侧变流器通过其三相全桥IPM模块与所述的发电机转子连接，两者之间串联du/ dt滤波电路，du/dt滤波电路与发电机转子之间并联有crowbar电路和RC滤波电路，发电 机的定子通过并网开关与交流电网相连。本实用新型的工作过程如下上位机的电动机控制软件中设定好转矩(转速)_曲 线，按“启动”按钮后，即控制电动机按照设定好的曲线连续运行。电动机启动后，按励磁变 流器的“启动”按钮，励磁变流器先执行预充电操作，即给直流母线上电容进行充电，待电压 达到设定值后闭合网侧接触器开关。网侧接触器闭合5s后启动网侧变流器直流调压，把直 流电压调节到设定值。直流调压启动5s后，机侧变流器启动空载励磁。当发电机定子电 压建立，机侧变流器判断电网电压和定子电压的幅值、相位、频率都满足并网条件后，合上 定子并网开关。并网开关合上后，其开关状态上送给上位机，上位机据此判断发电机已经并 网，把计算出的最大可发功率下传给励磁变流器的控制器，该控制器控制励磁变流器进行 有功、无功功率解耦控制，整个系统进入正常运行状态。如需停机，按励磁变流器“停机”按 钮。励磁变流器会先控制功率到0，然后跳开定子并网开关，封锁励磁控制器发出的机网侧 脉冲，最后跳开网侧接触器。
权利要求双馈风力发电机控制系统，包括变频器，其特征在于所述的变频器与一PLC控制器进行双向通信，变频器的三相输出接电动机，电动机带动一发电机，PLC控制器通过以太网与一上位机相连，所述的上位机装有电动机控制软件，上位机通过以太网与一励磁变流器的控制器相连，该控制器输出驱动脉冲信号给励磁变流器，所述的励磁变流器包括网侧变流器和通过直流母线与其连接的机侧变流器，网侧变流器与交流电网连接，机侧变流器连接发电机的转子，发电机的定子通过并网开关与交流电网相连。
2.根据权利要求1所述的双馈风力发电机控制系统，其特征在于所述的网侧变流器通 过其三相全桥IPM模块与所述的交流电网连接，两者之间依次串联一 LCL滤波电路和网侧 接触器。
3.根据权利要求1或2所述的双馈风力发电机控制系统，其特征在于所述的机侧变流 器通过其三相全桥IPM模块与所述的发电机转子连接，两者之间串联一 du/dt滤波电路， du/dt滤波电路与发电机转子之间并联有crowbar电路和RC滤波电路。
4.根据权利要求3所述的双馈风力发电机控制系统，其特征在于所述的PLC控制器包 括总控制器和通过485总线与总控制器相连的数字量输入板、模拟量输入板、数字量输出 板和模拟量输出板，数字量输入板和模拟量输入板与变频器的信号输出端连接，数字量输 出板和模拟量输出板与变频器的输入控制信号端连接，总控制器通过以太网与所述的上位 机连接。
5.根据权利要求4所述的双馈风力发电机控制系统，其特征在于所述励磁变流器的控 制器包括控制模块和通讯控制卡，两者之间通过CAN网连接，通讯控制卡通过以太网与上 位机连接，控制模块输出驱动脉冲信号给励磁变流器。
6.根据权利要求1所述的双馈风力发电机控制系统，其特征在于所述的直线母线上并 联直流储能电容，交流电网与直流母线之间接有预充电电路。
专利摘要本实用新型公开了一种适用于小型风力发电机试验平台模拟控制的双馈风力发电机控制系统。本实用新型包括变频器，其特征在于所述的变频器与一PLC控制器进行双向通信，变频器的三相输出接电动机，电动机带动发电机，PLC控制器通过以太网与一上位机相连，所述的上位机装有电动机控制软件，上位机通过以太网与一励磁变流器的控制器相连，该控制器输出驱动脉冲信号给励磁变流器，所述的励磁变流器连接发电机的转子，发电机的定子通过并网开关与交流电网相连。本实用新型可以为双馈发电机提供励磁电流，实现变速恒频输出、空载并网、有功、无功功率解耦控制功能，实现模拟最大风能追踪功能。
文档编号H02J3/38GK201733269SQ20102019600
公开日2011年2月2日 申请日期2010年5月20日 优先权日2010年5月20日
发明者张雪松, 徐玮韡, 童杭伟, 葛晓慧, 赵波 申请人:浙江省电力试验研究院;浙江省电力试验研究院技术服务中心