一种灭磁控制与撬棒电路联合控制系统的制作方法

本实用新型涉及风力发电技术领域，特别是一种灭磁控制与撬棒电路联合控制系统。

背景技术：

随着新能源行业的快速发展，我国风电装机容量也在不断攀升，在风电行业繁荣发展的同时，也面临一些亟待解决的问题。风电场一般建在风力资源丰富的地区，而这些地区距离负荷中心较远，一般位于电网的末端，因此风电场经常受到电压波动，电网故障的困扰。风电场为了兼顾经济效益和实用性，一般选用变速恒频双馈风力发电系统。双馈风力发电机不仅造价相对较低，而且由于转子经变频系统与电网实现了交流励磁的“柔性连接”，因此可控性较好。但是由于定子的直接挂网，使得整机系统对电网电压的变化较为敏感，对电网故障的穿越能力较弱。

电网电压故障将会引起定子磁链振荡，进而在转子绕组中感应出很大的瞬时电压，整个系统的电磁转矩和输出功率都会发生波动，不仅危害风机的机械部件，也影响电网的安全运行。电网电压对称故障引起的定子磁链波动在两相同步旋转坐标系中表现为一个直流分量；和一个以同步速顺时针旋转并且按定子时间常数衰减的交流分量。现有技术的不足之处在于：单独使用灭磁控制在电网电压严重跌落时效果不佳；单独使用撬棒电路无法协助电网电压恢复。

技术实现要素：

为了克服灭磁与撬棒电路单独工作时的弊端，本实用新型提供一种灭磁控制与撬棒电路联合控制系统，通过灭磁控制与撬棒电路的组合，使双馈风电系统在电网电压故障时，既可以保护自身系统，又可以在一定程度上协助电网电压恢复正常。

本实用新型采取的技术方案为：

一种灭磁控制与撬棒电路联合控制系统，包括撬棒电路模块、灭磁电流值计算模块、灭磁电流值判断模块。所述撬棒电路模块包括撬棒电阻、IGBT管、三相不可控整流桥，三相不可控整流桥的交流侧通过断路器QF₁与转子三相绕组相连，三相不可控整流桥的直流侧与IGBT管、撬棒电阻串联。转子三相绕组通过断路器QF₂连接转子侧变换器，灭磁电流值判断模块连接转子侧变换器。所述灭磁电流值判断模块连接灭磁电流值计算模块。

所述灭磁电流值计算模块包括：模数转换器ADC0809、单片机AT89C51；模数转换器ADC0809接收电网电压、电流、相位信号，转换成数字信号后输送至单片机AT89C51，单片机AT89C51开始计算灭磁电流值，并将数值输出到灭磁电流值判断模块。

所述灭磁电流值判断模块包括：I/V转换芯片RCV420KP、电压比较芯片LM339A；I/V转换芯片RCV420KP接收灭磁电流值计算模块输出的数值，将该电流值转换为0～5V的直流电压，并连接到电压比较芯片LM339A的正输入端；将转子侧变换器额定电流的80％作为人工设定的阈值，通过I/V转换芯片RCV420KP转换为对应的电压信号后，连接到电压比较芯片LM339A的负输入端，与设定的阈值进行比较，若电压比较芯片LM339A的正输入端电压大于负输入端电压，则输出一个高电平；导通所连接的IGBT管，使撬棒电路模块投入工作；反之，则输出一个低电平反馈到单片机AT89C51，所计算的灭磁电流值作为基准值，来获得转子侧变换器的驱动电压。

所述灭磁电流值计算模块用于接收三相电网电压、电流、相位信号，首先得到定子磁链暂态值，并由该值计算所需灭磁电流值。所述灭磁电流值判断模块连接灭磁电流值计算模块，由灭磁电流值判断模块接收灭磁电流值，并与人工设定的阈值比较，如果比阈值大，则进行撬棒控制；反之，则进行灭磁控制。所述撬棒控制，包括导通IGBT管，断开转子三相绕组与转子侧变换器之间的断路器QF₂。导通IGBT管根据灭磁电流值判断模块发出的信号导通。所述灭磁控制，包括计算所需灭磁电流大小，作为转子侧变换器信号。

本实用新型一种灭磁控制与撬棒电路联合控制系统，优点在于：

1、通过组合控制策略选择，在电网电压严重跌落时，通过撬棒电路保护转子侧变换器安全。

2、通过组合控制策略选择，在电网电压轻微跌落时，通过灭磁控制使定子磁链快速过渡到暂态稳定状态，并一定程度上协助电网电压恢复。

附图说明

图1为本实用新型的控制框图。

图2为本实用新型的定子磁链观测模块框图。

图3为本实用新型的组合控制策略框图。

图4为本实用新型的灭磁电流值计算模块电路图。

图5为本实用新型的灭磁电流值判断模块电路图。

具体实施方式

如图1～图3所示，一种灭磁控制与撬棒电路联合控制系统，包括撬棒电路模块、灭磁电流值计算模块、灭磁电流值判断模块。所述撬棒电路模块包括撬棒电阻、IGBT管、三相不可控整流桥，三相不可控整流桥的交流侧通过断路器QF₁与转子三相绕组相连，三相不可控整流桥的直流侧与IGBT管、撬棒电阻串联。转子三相绕组通过断路器QF₂连接转子侧变换器。

所述灭磁电流值计算模块接收三相电网电压、电流、相位信号，首先得到定子磁链暂态值，并由该值计算所需灭磁电流值。所述灭磁电流值判断模块连接灭磁电流值计算模块，由灭磁电流值判断模块接收灭磁电流值，并与人工设定的阈值比较，如果比阈值大，则进行撬棒控制；反之，则进行灭磁控制。

所述撬棒控制，包括导通IGBT管，断开转子三相绕组与转子侧变换器之间的断路器QF₂。导通IGBT管根据灭磁电流值判断模块发出的信号导通。

所述灭磁控制，包括计算所需灭磁电流大小，作为转子侧变换器信号。灭磁电流值判断模块连接转子侧变换器。

所述灭磁电流值计算模块包括检测灭磁电流值的逻辑电路，具体电路图见附图4。模数转换器ADC0809接收电网电压、电流、相位信号，转换成数字信号后连接到单片机AT89C51，单片机开始计算灭磁电流值，并将数值输出到灭磁电流值判断模块。

所述灭磁电流值判断模块包括由人工设定阈值的逻辑电路，具体电路图见附图5。I/V转换芯片RCV420KP接收灭磁电流值计算模块输出的数值，将该电流值转换为0～5V的直流电压，并连接到电压比较芯片LM339A的正输入端；将转子侧变换器额定电流的80％作为人工设定的阈值，通过RCV420KP转换为对应的电压信号后连接到LM339A的负输入端，与设定的阈值进行比较，若LM339A的正输入端电压大于负输入端电压，则输出一个高电平，导通所连接的IGBT开关管，使撬棒电路投入工作；反之，则输出一个低电平反馈到单片机，所计算的灭磁电流值作为基准值来获得转子侧变换器的驱动电压。

一种灭磁控制与撬棒电路联合的双馈风电系统低电压控制方案，包括以下步骤:

1)、电网电压跌落时，由灭磁电流值计算模块接收模数转换芯片ADC0809输送的数字信号，并根据所接收的数字信号计算所需灭磁电流值。

2)、灭磁电流值判断模块接收灭磁电流值，并与人工设定的阈值比较，如果比阈值大，则进行撬棒控制，反之，则进行灭磁控制。

3)、上述撬棒控制，包括导通IGBT管，断开转子三相绕组与转子侧变换器之间的断路器QF₂。

4)、上述灭磁控制，包括计算所需灭磁电流大小，作为转子侧变换器信号，所述转子侧变换器为电压控制型转子侧变换器。

实施例：

当系统检测到电网电压跌落时，首先AT89C51单片机的P2.0、P2.1、P2.2端口接收模数转换芯片ADC0809端口2.1、2.2、2.3输送过来的数字信号，通过计算提取出定子磁链负序暂态分量ψ_{sabc_ω}，然后根据该值计算对应的灭磁电流大小，通过P2.2端口输出到I/V转换芯片RCV420KP的第3个管脚上，将电流信号转换成对应的电压信号后输出到电压比较器LM339A的正输入端，电压比较器LM339A的负输入端接收AT89C51单片机P2.5端口输送的阈值信号，如果灭磁电流大于设定阈值，则LM339A输出高电平，导通撬棒电路的IGBT开关管，闭合断路器QF₁，撬棒电路投入运行，为了短接转子绕组，则需要断开断路器QF₂；如果灭磁电流小于设定阈值，则LM339A输出低电平，AT89C51单片机P2.4端口接收到该反馈，退出撬棒控制方案，将计算的灭磁电流值作为基准值来获得转子侧变换器的驱动电压。

为了给转子侧变换器的安全运行留一定的裕度，将灭磁电流值判断模块的设定阈值定为转子侧电流额定值的80％，即：

所述定子磁链观测模块，采用ATMEL生产的AT89C51单片机完成dq轴到abc轴的坐标变换。