一种小功率风电变流器组网时的实时监控方法

文档序号:9581077阅读:464来源:国知局
一种小功率风电变流器组网时的实时监控方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及风电变流器技术领域,特别是一种小功率风电变流器组网时的实时监 控方法。
【背景技术】
[0002] 近些年来,风力发电作为一种具有广泛应用前景的新能源技术得到大力发展。与 此同时,作为风力发电的关键技术之一,风电变流器因其可W实现宽风速范围内的变速恒 频发电,提高运行效率,提升风能利用率等优点,也越来越受到重视。而随着分布式能源、微 网技术的发展,针对民用的小功率风电变流器(一般为几千瓦)及其风电机组开始得到越 来越多的应用。
[0003] 需要特别指出的是,民用的小功率风电变流器及其风电机组,往往W单台或者几 台组网的形式出现。同时,风机所发电通过风电变流器、变压器等设备,最终W单相交流电 形式并入民用用电进线端。而为了方便实现对于单台及多台风电变流器组网时的监测与控 审Ij,小功率的风电变流器本身需包含控制单元和通信接口,方便上位机等对其进行监控。与 民用的小功率风电变流器相匹配的风机,为了减少齿轮箱等中间传动结构,往往采用直驱 式永磁同步发电机。
[0004] MODBUS协议已经成为工控领域全球最流行的标准,此协议支持传统的RS-232、 RS-422、RS-485和W太网设备,MODBUS协议的好处是其定义了控制器能够认识和使用的消 息结构,并没有规定物理层,也不管它们是经过何种网络进行通信的。因此,利用MODBUS 协议作为小功率风电变流器的通讯协议可W有效地降低成本,同时也方便对于使用MODBUS 协议的不同设备之间进行监控。 阳0化]现有的民用的小功率风电变流器中,没有给出基于M孤脚SRTU协议的通讯接口技 术方案,也没有相关的针对小功率风电变流器的参数可调的实时监控方法。

【发明内容】

[0006] 本发明的技术方案是:一种小功率风电变流器组网时的实时监控方法,其特征在 于:该方法将由多台小功率风电变流器发送至上位机的实时参数和上位机发送至多台小功 率风电变流器的系统关键参数与控制指令,按照改进的MODBUSRTU协议,在多台小功率风 电变流器与上位机之间进行通讯;
[0007] 所述小功率风电变流器包括=相PWM整流模块、=相PWM逆变模块、驱动微机模 块、控制微机模块、通讯接口、触摸板和电源模块,其一端连接永磁同步发电机,另一端连接 电网;所述驱动微机模块负责=相PWM整流模块和=相PWM逆变模块PWM信号的产生;所 述控制微机模块负责整个系统运行、保护,实时参数的采集,并通过通讯接口连接至现场总 线,进而与上位机进行通讯;所述触摸板可W对控制微机模块进行操作,包括开机、关机和 编号设定;
[0008] 所述实时监控方法,包括W下步骤:
[0009] (I)对于各台风电变流器发电机侧的=相PWM整流模块均采用矢量控制,其控制 原理是采用速度外环、电流内环的双闭环控制结构,该步骤通过W下几个子步骤来实现:
[0010] a)利用电流霍尔传感器测得实际;相电流is。、isb、is。,结合编码器测得转子位置 信号e,利用坐标变换即可得到dq坐标下的实际电流Ld、isq;
[0011] (ii)实际速度《通过编码器测得;外环角速度的参考值《"^是结合最大功率点跟 踪算法(MPPT),可W使发电机在稳态运行时工作于相应风速的最大功率点;
[0012] (iii)通过参考速度《"^与实际反馈的电机速度U相比较,再经过?1调节器得到 q轴电流的参考值d轴电流参考值Gd二0,从而使电流全部用于产生电磁转矩;
[001引 (iv)改变苗的值,从而改变发电机转矩和转速,跟踪最优速度使发电机达到 新的稳定状态;
[0014] (2)对于各台风电变流器电网侧的=相PWM逆变模块控制策略为有功和无功功率 的解禪控制,采用双闭环控制结构,包括直流侧电压的外环和无功电流的给定内环,该步骤 通过W下几个子步骤实现:
[001引 a)利用电流霍尔传感器测得实际;相电流i。、ib、i。,结合谐振式P化测得电网电 压相位角0 1,利用坐标变换即可得到dq坐标下的实际电流id、iq;
[0016] (ii)电压外环用于控制电压源型逆变器直流侧的电压,直流侧电压参考值与 实际电压Ud。相比较,再经过PI调节器得到d轴电流参考值综;
[0017] (iii)q轴电流的参考值巧是由无功功率参考值矿得到的,当无功给定为0,即Q* =0时,每;=0,此时系统无功功率为0,电网侧功率因数为1 ;
[0018] (3)最大功率点跟踪控制(MPPT)采用的是功率信号反馈法,功率信号反馈法是测 量出风力机的转速《,并根据风力机的最大功率曲线,计算出与该转速所对应的风力机的 最大输出功率Pm。、,将它作为风力机的输出功率给定值P%并与发电机输出功率的观测值P 相比较得到误差量,经过调节器对风力机进行控制,W实现对最大功率点的跟踪控制,该步 骤通过W下几个子步骤实现:
[0019] a)根据公式P=TQ,而电磁转矩T又与q轴电流分量isq成正比,因此在实际使 用功率信号反馈法进行最大功率点跟踪控制时,是转换成相应的转速CO和q轴电流分量isq 作为给定参考值;在实际使用MPPT曲线时,可W有两种类型,即功率与转速曲线P/n或功率 与频率曲线P/f;
[0020] 扣)当使用功率与转速曲线P/n时,转速给定值CO嘴q轴电流分量给定值iw%十 算公式:
阳02引其中P为MPPT曲线中的功率,n为转速,P为电机极对数,4f为转子磁链,CO为 机械角速度;
[0023] (iii)当使用功率与频率曲线P/f时,转速给定值q轴电流分量给定值i计算公式:
阳02引其中f为电角速度所对应的频率,P为电机极对数,为转子磁链,《为机械角 速度;
[0026] (4)基于W上S种控制策略,得到各台风电变流器的系统关键参数均为:
[0027] (i)MPPT曲线,具体包括功率与转速曲线P/n和功率与频率P/f两种形式;
[0028] (ii)电机参数,具体包括电机极对数P、额定功率P、额定转速n、额定电流I、直轴 电感Ld、交轴电感Lq、定子相电阻氏和转子磁链4f;
[0029] (iii)PI参数,具体包括直流母线电压环PI、网侧逆变电流环PI、机侧电流环PI和 机侧转速环PI;
[0030] (5)利用各台风电变流器的控制微机模块,采集各台风电变流器所需要监测的实 时参数,所述实时参数包括电网侧电压、电网侧电流、电网频率、电机侧电流、电机转速、母 线电压;
[0031] (6)各台风电变流器的实时参数、系统关键参数和控制指令的传输均采用改进的 M孤脚SRTU协议,即结合M孤脚SAS化L模式下具有专用的起始帖和结束帖的优点,将标准 MODBUSRTU模式下> 3. 5字符作为判断开始和结束的条件去除,改为在报文中增加开始帖 和结束帖,便于串口通讯,其数据帖格式如下:
[0033] (7)每台风电变流器组网前,均需通过其触摸板,进行编号设定,保证每台风电变 流器的编号是唯一的,所述编号作为步骤化)中各台风电变流器的地址帖,便于上位机区 分各台风电变流器;
[0034] 做要实现第i(1《i《脚台风电变流器匹配第j(1《j《K)类永磁同步发电 机,只需要将第j类系统关键参数按照步骤化)中的协议,由上位机发送至第i台风电变流 器控制微机模块,控制微机模块再按照步骤(1)、(2)和(3)中的控制策略进行控制,即可完 成第i台风电变流器匹配第j类永磁同步发电机并顺利运行,实现组网时一种风电变流器 兼容多种永磁同步发电机的功能,N为风电变流器的数目,K为不同类型永磁同步发电机的 数目;
[0035] (9)要实现上位机对各台风电变流器的实时监测,只需各台风电变流器将步骤 (5)中的实时参数采集后,按照步骤化)中的协议实时地发送至上位机,上位机处理后即可 显示对应风电变流器的实时参数;
[0036] (10)要实现上位机对第i台风电变流器的控制,只需将控制指令按照步骤化)中 的协议发送至第i台风电变流器控制微机模块,控制微机模块即可采取相应操作;所述控 制指令包括开机、关机和紧急保护。
[0037] 本发明的优点是:
[0038] 1、在实际应用时,往往是W多台小功率风电变流器组网的形式出现,本发明可W 实现对多台风力发电机和风电变流器运行状态的实时监控,便于及时发现、排除故障,同时 也可实现上位机对多台小功率风电变流器控制微机模块的控制,在调试及下达命令时无需 对变流器进行拆机操作,方便用户操作;
[0039] 2、在实际小功率风电机组组网时,常常会有几种不同型号的永磁同步发电机,本 发明可W实现一种小功率风电变流器适配多种不同型号的永磁同步发电机,降低成本
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