和组 网的难度； W40] 3、本发明基于MOD脚SRTU协议并对其进行了改进，使得报文的起始和结束非常方 便判断，便于利用串口通讯的控制微机模块和上位机进行中断处理；而协议含有地址帖的 特点也非常便于多台小功率风电变流器组网，同时MODBUS协议的广泛应用性使风电变流 器非常方便与工控机、PLC等设备连接。
【附图说明】
[0041] 图1为本发明实施例的单台小功率风电变流器结构示意图； 阳042] 图2为本发明实施例的两极永磁同步电机结构示意图；
[0043] 图3为本发明实施例的=相PWM逆变模块整体控制框图； W44] 图4为本发明实施例的id= 0控制的矢量框图； W45] 图5为本发明实施例的用PI调节器控制电磁功率P。的框图；
[0046] 图6为本发明实施例的S相PWM整流模块的整体控制框图；
[0047] 图7为本发明实施例的标准M孤脚SRTU协议报文发送示意图；
[0048] 图8为本发明实施例的改进后的M孤脚SRTU协议报文发送示意图； W例图9为本发明实施例的M孤脚SRTU模式下的位序列；
[0050] 图10为本发明实施例的多台风电变流器组网结构图。
【具体实施方式】
[0051] 实施例：如图1所示，为单台小功率风电变流器结构示意图，其包括=相PWM整流 模块、=相PWM逆变模块、驱动微机模块、控制微机模块、通讯接口和电源模块；风机所发出 的=相交流电经过=相PWM整流模块整流成直流电，又经过=相PWM逆变模块将直流电转 换为与电网相同电压等级与频率的交流电压，将能量传送至电网上；驱动微机模块用于输 出脉宽调制信号（PWM)，控制=相PWM整流模块与=相PWM逆变模块；控制微机模块用于控 制驱动微机模块及相应的继电器，采集实时参数并按照MODBUSRTU协议将实时参数通过通 讯接口发送给上位机，同时接受上位机的系统关键参数；电源模块用于为驱动微机模块和 控制微机模块供电；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；
[0052] 所述的=相PWM整流模块由6个晶体管组成，上下桥臂分别各使用=个绝缘栅双 极型晶体管（IGBT)，永磁同步发电机所引出的S相电，首先经过EMC模块，再接到S相PWM 整流模块=组桥臂的中点上，用于将风机所发出的=相交流电整流成直流电；
[0053] 所述的S相PWM逆变模块由六个绝缘栅双极型晶体管（IGBT)组成，上下桥臂分别 各使用S个绝缘栅双极型晶体管（IGBT);
[0054] 所述风机为直驱式永磁同步发电机； 阳化日]所述的驱动微机模块用德州仪器生产的TMS320X2812DSP，利用其EV模块负责S相PWM整流模块和=相PWM逆变模块PWM信号的产生；
[0056] 所述的控制微机模块用德州仪器生产的TMS320X2808DSP，负责整个系统运行、保 护，实时参数的采集，并通过通讯接口与上位机进行通讯.
[0057] 所述的通讯接口位于控制微机模块上，通讯接口可W采用RS232或RS485,与上位 机进行串口通讯；
[0058] 所述的电源模块与电网侧连接，用于为驱动微机模块和控制微机模块提供电能。
[0059] 下面，将详细介绍永磁同步电机在不同坐标系下的数学模型，S相PWM整流模块 的控制策略，立相PWM逆变模块的控制策略，最大功率点跟踪（MPPT)控制策略，W此来说明 系统关键参数所包含的各参数的重要性，当系统关键参数可调时，小功率风电变流器可匹 配不同型号的永磁同步发电机。 W60] 1、永磁同步电机在^相静止坐标系中的模型 阳06U 图2为一台两极永磁同步电机结构示意图，A-X，B-Y，C-Z分别表示定子的；相 绕组，他们空间位置固定且相互之间相差120°，A相绕组为定子静止参考轴，假设转子磁 链4f和定子A轴之间夹角为0，0为功率角。
[0062] 定子S相绕组中分别通WS相频率为f的对称电流，则定子磁场产生同步转速
式中P为同步电机的极对数。定子电压方程为：
[0064] 式中，UsA、UsB、UsC为定子S相绕组电压；Rs为每相绕组电阻；isA、isB、isc为定子S相绕组电流；4sA、4se、4St为定子S相绕组应链的磁链。 阳〇化]定子电压方程中，定子每相绕组的全磁链为自身的自感磁链和其他绕组和转子对 它的互感磁链之和，定子磁链具体可W表示为：
[0067] 其中，Laa、Lbb、LfX为走子每相绕组自感，MAB二MBA、Mac二MGA、Mbc二MGB为两相绕组 之间的互感，其均为转子角位移的函数；4 ?、4fe、4 ^为=相绕组应链的转子每极永磁磁 链。
[0068] 转子磁链表示为：
[0070] 其中，为永磁体励磁磁链。
[0071] 2、S相永磁同步发电机在dq坐标系中的模型
[0072] 在=相静止坐标系中，等效同步电感Ls不为常值，而是夹角0的函数，为此，常利 用坐标变换理论来分析永磁同步发电机在同步旋转坐标系下的模型。
[0073] dq坐标思想利用坐标变换理论，把=相静止坐标系下电流投射到与转子同步旋转 的两相坐标中去。经过dq坐标变换后，等效的dq轴定子绕组和转子绕组是相对静止的。在 转速一定的情况下，电压方程就变成了线性微分方程，消除了等效同步电感随0变化的问 题。 阳074] 根据规定电流的方向，取永磁体转子中屯、极线为d轴正方向，q轴沿转子旋转方向 超前d轴90°。dq坐标轴为旋转坐标轴，随转子同步旋转，即dq坐标轴和转子是处于相对 静止状态的。经过坐标变换后得到dq坐标系下永磁同步电机的数学模型为：
[0076]dq坐标系中定子磁链方程为：
[007引式中id、iq分别为同步电机定子的d轴和q轴电流；Ud、Uq分别为电机端d轴和q轴电压；Ld、Lq为dq轴同步电感；W为电角速度；4d、为定子磁链的d轴和q轴分量；4f 为转子永磁体磁链；P为电机极对数。
[0079]根据转矩方程 阳080] Te= 1.5p(4diq-4qid)
[0081] 将磁链方程代入得： W82] Te=L 5p[ Itfiq+(Ld-LqHdiq]
[0083] 其中P为电机极对数。
[0084] 根据转矩方程可知，要对永磁同步发电机的转矩进行控制，需要知道电机的关键 参数：电机极对数P，转子永磁磁链4f，d轴电感Ld,q轴电感Lq。 阳0化]3、=相PWM逆变模块控制策略
[0086]dq坐标下网侧的有功和无功功率分别为：
[0088] 如果将dq两相旋转坐标系中的d轴定向在电网电压合成矢量E上，超前d轴90D 方向上定义q轴，则有：
[0090] 则有功功率和无功功率表达式简化成：
[0092] 当有功功率P为正值时表示=相PWM逆变模块处于整流状态，需要从电网吸收能 量；P为负值则表示其处于逆变状态，向电网反馈能量。无功功率Q为正值时表示=相PWM 逆变模块呈感性，吸收滞后的无功电流；Q为负值则表示其呈容性，从电网吸收超前的无功 电流。
[0093] 从上述简化后的有功和无功功率表达式可W看出，有功功率只跟d轴电流id有 关，而无功功率只跟q轴电流iq有关，所W调节id、iq就能够分别控制=相PWM逆变模块吸 收的有功功率和无功功率，实现了有功功率和无功功率的解禪。
[0094] 图3为=相PWM逆变模块整体控制框图，=相PWM逆变模块控制策略为双闭环控 制结构，包括直流侧电压的外环和无功电流的给定内环，内环为电流环的双闭环控制。电压 外环的作用主要是控制电压源型逆变器直流侧的电压，而电流内环的作用主要是按电压外 环输出的电流指令进行电流控制。q轴电流的参考值每是由无功功率参考值矿得到的，当 无功给定为0,即矿=0时，^ = 0,此时系统无功功率为0,电网侧功率因数为1。
[0095] 4、S相PWM整流模块控制策略
[0096] =相PWM整流模块的目的是将永磁同步发电机输出的频率和幅值不断变化的电 流，通过PWM整流器转化为电压恒定的直流电，并且PWM变流器控制永磁同步风力发电机运 行，使其输入电流为正弦波，提高风力发电机的运行效率，同时还能够通过调节定子电流来 控制发电机转速，确保风力机运行在最大功率点，捕获最大风能。
[0097] 图4为id= 0控制的矢量框图。为了获得更好的控制性能，对于发电机侧的控制 采用矢量控制。根据dq坐标系下的电磁转矩方程，电磁转矩T。由igd、isq两个分量共同决 定。当d轴电流分量Ld= 0时，此时定子电流合成矢量iS定向于q轴，定子电流全部用来 产生转矩，从而实现电机的最大转矩电流比。
[0098] 将isd= 0代入电磁转矩方程，则电机dq轴电流参考值分别如下式：
阳100] 永磁同