專利名稱：智能永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行控制裝置，尤其涉及永磁同步發(fā)電機(jī)類型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行控制裝置。
背景技術(shù)：
隨著全球?qū)︼L(fēng)力發(fā)電的重視，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)飛速發(fā)展。大型風(fēng)電機(jī)組技術(shù)日趨成熟，在單機(jī)容量和效率方面有很大的改進(jìn)。90年代初，可用于商用機(jī)型的風(fēng)力機(jī)功率較低，大多在幾百千瓦。目前商用機(jī)型的風(fēng)力機(jī)功率已經(jīng)到達(dá)兆瓦級，全球風(fēng)電市場以2 3WM為主。隨著風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展，美國已經(jīng)成功研制7麗風(fēng)電機(jī)組,英國正在研制10麗機(jī)組，中國3WM已經(jīng)成功并網(wǎng)。在風(fēng)力機(jī)組實(shí)際運(yùn)行方面，傳統(tǒng)的直驅(qū)式風(fēng)力機(jī)組需要配備復(fù)雜的齒輪箱傳動部件，這大大影響了風(fēng)機(jī)運(yùn)行時的安全性，同時摩擦產(chǎn)生的能量大大損失，減小了風(fēng)機(jī)的使用壽命。隨著直接驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展，無齒輪箱直驅(qū)式全功率變流技術(shù)的風(fēng)電得到廣泛的應(yīng)用，能減小風(fēng)力機(jī)組故障，增加了系統(tǒng)的可靠性和壽命。隨著永磁體性能的提高和價格的下降，將提高了永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的市場競爭力，再配備合適的無齒輪箱和全功率器件，無齒輪箱直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)應(yīng)用將越來越廣泛。但是現(xiàn)有的無齒輪箱直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)存在以下問題:其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不能簡化主控制板的結(jié)構(gòu)，降低成本。在外部電網(wǎng)電壓跌落及故障情況下不能保證電網(wǎng)的正常運(yùn)行控制與保護(hù)，特別是電網(wǎng)電壓跌落至50%的情況下，如果沒有特殊保護(hù)措施，將會造成機(jī)組、控制裝置的損壞。也就是說現(xiàn)有技術(shù)的控制系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤、無法確保電網(wǎng)跌落50%時風(fēng)電機(jī)組的不間斷運(yùn)行。難以實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組的獨(dú)立與并網(wǎng)運(yùn)行、采用基于以太網(wǎng)的通信實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的遠(yuǎn)程監(jiān)控。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決·的技術(shù)問題是:提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低同時對于電網(wǎng)電壓跌落不超過50%具有不間斷運(yùn)行能力的智能永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制器。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:包括斷路器、功率變換器、數(shù)字信號處理器DSP和高速實(shí)時數(shù)據(jù)采集模塊；所述的功率變換器用于控制永磁風(fēng)力發(fā)電組，所述的功率變換器輸入端與數(shù)字信號處理器DSP的輸出端相連，用于接受P WM驅(qū)動信號；所述斷路器一端與功率變換器相連，另一端用于與電網(wǎng)相連；所述高速實(shí)時數(shù)據(jù)采集模塊的輸入端用于接至電網(wǎng)、永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及功率變換器上的各種傳感器，其輸出端接至數(shù)字信號處理器DSP;還包括可編程輔助控制器PLC，所述數(shù)字信號處理器DSP的輸出端與所述可編程輔助控制器PLC的輸入端相連；所述的可編程輔助控制器PLC用于擴(kuò)展I/O 口，可編程輔助控制器PLC的輸出端接至發(fā)電機(jī)組的相應(yīng)繼電器及斷路器的控制端。還包括:泄荷模塊，所述的泄荷模塊控制端連接至所述可編程輔助控制器PLC的輸出端，功率變換器的輸出端接至泄荷模塊的輸入端。還包括通信模塊，所述通信模塊接至數(shù)字信號處理器DSP，所述的通信模塊通過以太網(wǎng)與上位機(jī)通信。還包括切換開關(guān)，所述切換開關(guān)的控制端接至可編程輔助控制器PLC的輸出端，所述斷路器通過切換開關(guān)切換端與功率變換器相連，切換開關(guān)的另一切換端則與負(fù)載相連。還包括過載保護(hù)裝置、震動保護(hù)裝置與溫度保護(hù)裝置，所述過載保護(hù)裝置、震動保護(hù)裝置與溫度保護(hù)裝置的輸入端分別接至永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；可編程輔助控制器PLC的輸出端接至過載保護(hù)裝置、震動保護(hù)裝置與溫度保護(hù)裝置的控制端，過載保護(hù)裝置、震動保護(hù)裝置與溫度保護(hù)裝置的輸出端則接至高速實(shí)時數(shù)據(jù)采集模塊的輸入端。本實(shí)用新型的技術(shù)效果:(一)本實(shí)用新型采用分布式數(shù)字分布機(jī)構(gòu)設(shè)計，分為主控數(shù)字信號處理器DSP和可編程輔助控制器PLC，主控數(shù)字信號處理器DSP重心放在處理控制算法運(yùn)算，而可編程輔助控制器PLC則可以進(jìn)行I/O接口的擴(kuò)展及進(jìn)行輔助控制功能。一方面可以將采用兩個數(shù)字信號處理器DSP的結(jié)構(gòu)改為只用一個數(shù)字信號處理器DSP來完成，這樣節(jié)約了成本，同時可簡化主控制板的結(jié)構(gòu)，(二)采用泄荷模塊，可以將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的多余載荷及時的釋放出來，從而起到保護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的作用。(三)采用通信模塊通過以太網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程通信，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)機(jī)組運(yùn)行參數(shù)和控制指令由上位機(jī)監(jiān)控平臺進(jìn)行發(fā)電機(jī)組的遠(yuǎn)程監(jiān)控和調(diào)度；永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組除通過現(xiàn)場液晶屏通過高速實(shí)時數(shù)據(jù)采集模塊采集風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場運(yùn)行狀態(tài)顯示，還可以接受遠(yuǎn)程上位機(jī)的調(diào)度與控制；本永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可多臺組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組群的運(yùn)行控制。(四)永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制器輸出可通過并網(wǎng)/獨(dú)立運(yùn)行的切換開關(guān)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行和獨(dú)立帶負(fù)載運(yùn)行。(五)過載保護(hù)裝置、震動保護(hù)裝置與溫度保護(hù)裝置保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。(六)采用本實(shí)用新型的運(yùn)算方法，可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的在電網(wǎng)電壓跌落不超過50%具有不間斷運(yùn)行能力，可以實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤控制及無功功率和有功功率的獨(dú)立調(diào)節(jié)。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。


圖1是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型的智能永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制裝置的工作流程圖；圖3是本實(shí)用新型的數(shù)字信號處理器DSP主控程序控制流程圖；其中:1、斷路器；2、功率變換器；3、高速實(shí)時數(shù)據(jù)采集模塊；5、數(shù)字信號處理器DSP ;6、可編程輔助控制器PLC ;7、通信模塊。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一:如
圖1和圖2所示，智能永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制裝置，包括斷路器1、功率變換器2、數(shù)字信號處理器DSP5、高速實(shí)時數(shù)據(jù)采集模塊3和可編程輔助控制器PLC6,所述的功率變換器2用于控制永磁風(fēng)力發(fā)電組；所述數(shù)字信號處理器DSP5用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率變換器主控，作為主控制器控制風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行；所述高速實(shí)時數(shù)據(jù)采集模塊根用于采集各種傳感器的信號；可編程輔 助控制器PLC6作為輔助控制器，進(jìn)行分布式控制和擴(kuò)展1/0，它接受數(shù)字信號處理器DSP5的輸出信號控制發(fā)電機(jī)組的相應(yīng)繼電器和斷路器I，實(shí)現(xiàn)順序操作。所述的功率變換器2輸入端與數(shù)字信號處理器DSP5的輸出端相連，用于接受P WM驅(qū)動信號；所述斷路器I 一端與功率變換器2相連，另一端用于與電網(wǎng)相連；所述高速實(shí)時數(shù)據(jù)采集模塊3的輸入端用于接至電網(wǎng)、永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及功率變換器2上的各種傳感器，其輸出端接至數(shù)字信號處理器DSP5 ;所述數(shù)字信號處理器DSP5的輸出端與所述可編程輔助控制器PLC6的輸入端相連。所述的可編程輔助控制器PLC6用于擴(kuò)展I/O 口，可編程輔助控制器PLC6的輸出端接至發(fā)電機(jī)組的相應(yīng)繼電器及斷路器I的控制端。另外還包括:泄荷模塊4，它用于風(fēng)電機(jī)組動態(tài)功率調(diào)控與風(fēng)電機(jī)組的保護(hù)。所述的泄荷模塊4控制端連接至所述可編程輔助控制器PLC6的輸出端，功率變換器2的輸出端接至泄荷模塊4的輸入端。還包括通信模塊7，它實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信并進(jìn)行監(jiān)控，機(jī)組運(yùn)行參數(shù)由通信模塊7以以太網(wǎng)傳輸方式將發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)送到上位機(jī)實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組的監(jiān)控和調(diào)度。所述通信模塊7接至數(shù)字信號處理器DSP5，所述的通信模塊7通過以太網(wǎng)與上位機(jī)通信。還包括切換開關(guān)8，所述切換開關(guān)8的控制端接至可編程輔助控制器PLC6的輸出端，所述斷路器I通過切換開關(guān)8切換端與功率變換器2相連，切換開關(guān)8的另一切換端則與負(fù)載相連。還包括過載保護(hù)裝置9、震動保護(hù)裝置10與溫度保護(hù)裝置11，它們的輸入端分別接至永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；可編程輔助控制器PLC6的輸出端接至過載保護(hù)裝置
9、震動保護(hù)裝置10與溫度保護(hù)裝置11的控制端，過載保護(hù)裝置9、震動保護(hù)裝置10與溫度保護(hù)裝置11的輸出端則接 至高速實(shí)時數(shù)據(jù)采集模塊3的輸入端。如圖3所示，所述的數(shù)字信號處理器DSP5主控程序控制流程為，首先接受外部基于高速實(shí)時數(shù)據(jù)采集模塊采集而來的現(xiàn)場風(fēng)電機(jī)組的現(xiàn)場參數(shù)，對現(xiàn)場采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，同時接受上位機(jī)調(diào)度指令進(jìn)行下一步工作，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行運(yùn)算基于動態(tài)統(tǒng)一永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的逆模型，對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)需要控制的有功功率與無功功率進(jìn)行非線性解耦，接著進(jìn)行基于指數(shù)收斂率的滑模變結(jié)構(gòu)控制運(yùn)算，產(chǎn)生所需控制的有功功率與無功功率控制指令，再將其通過數(shù)字信號處理器DSP輸出到功率變換器。采用該運(yùn)算方法，可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的在電網(wǎng)電壓跌落不超過50%具有不間斷運(yùn)行能力，可以實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤控制及無功功率和有功功率的獨(dú)立調(diào)節(jié)。本實(shí)用新型所揭示的智能永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制裝置，運(yùn)行模式可以進(jìn)行并網(wǎng)與獨(dú)立運(yùn)行兩種工作模式的切換，采用的分布式數(shù)字控制結(jié)構(gòu)，簡化的主控結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本。本裝置提出風(fēng)電機(jī)組不間斷運(yùn)行控制裝置。除用于永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中并網(wǎng)和獨(dú)立運(yùn)行外，同時也可以移植到有齒輪箱永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行控制中，具有很強(qiáng)的應(yīng)用通用性。本實(shí)用新型并不局限于上述實(shí)施例，在本實(shí)用新型公開的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)所公開的技術(shù)內(nèi)容，不需要創(chuàng)造性的勞動就可以對其中的一些技術(shù)特征作出一些替換和變形，這些替換和變形均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.智能永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制裝置，包括斷路器、功率變換器、數(shù)字信號處理器DSP和高速實(shí)時數(shù)據(jù)采集模塊；所述的功率變換器用于控制永磁風(fēng)力發(fā)電組，所述的功率變換器輸入端與數(shù)字信號處理器DSP的輸出端相連，用于接受P WM驅(qū)動信號；所述斷路器一端與功率變換器相連，另一端用于與電網(wǎng)相連；所述高速實(shí)時數(shù)據(jù)采集模塊的輸入端用于接至電網(wǎng)、永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及功率變換器上的各種傳感器，其輸出端接至數(shù)字信號處理器DSP ;其特征在于:還包括可編程輔助控制器PLC，所述數(shù)字信號處理器DSP的輸出端與所述可編程輔助控制器PLC的輸入端相連；所述的可編程輔助控制器PLC用于擴(kuò)展I/O 口，可編程輔助控制器PLC的輸出端接至發(fā)電機(jī)組的相應(yīng)繼電器及斷路器的控制端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制裝置，其特征在于，還包括:泄荷模塊，所述的泄荷模塊控制端連接至所述可編程輔助控制器PLC的輸出端，功率變換器的輸出端接至泄荷模塊的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制裝置，其特征在于，還包括通信模塊，所述通信模塊接至數(shù)字信號處理器DSP，所述的通信模塊通過以太網(wǎng)與上位機(jī)通 目。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制裝置，其特征在于，還包括切換開關(guān)，所述切換開關(guān)的控制端接至可編程輔助控制器PLC的輸出端，所述斷路器通過切換開關(guān)切換端與功率變換器相連，切換開關(guān)的另一切換端則與負(fù)載相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制裝置，其特征在于，還包括過載保護(hù)裝置、震動保護(hù)裝置與溫度保護(hù)裝置，所述過載保護(hù)裝置、震動保護(hù)裝置與溫度保護(hù)裝置的輸入端分別接至永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；可編程輔助控制器PLC的輸出端接至過載保護(hù)裝置、震動保護(hù)裝置與溫度保護(hù)裝置的控制端，過載保護(hù)裝置、震動保護(hù)裝置與溫度保護(hù)裝置的輸出端則接至高 速實(shí)時數(shù)據(jù)采集模塊的輸入端。
專利摘要智能永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制裝置。涉及永磁同步發(fā)電機(jī)類型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行控制裝置。結(jié)構(gòu)簡單、成本低、同時對于電網(wǎng)電壓跌落不超過50%具有不間斷運(yùn)行能力。它包括斷路器、功率變換器、數(shù)字信號處理器、高速實(shí)時數(shù)據(jù)采集模塊和可編程輔助控制器；功率變換器輸入端與數(shù)字信號處理器的輸出端相連；所述斷路器一端與功率變換器相連，另一端用于與電網(wǎng)相連；所述高速實(shí)時數(shù)據(jù)采集模塊的輸入端用于接至電網(wǎng)、永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及功率變換器上的各種傳感器，其輸出端接至數(shù)字信號處理器；數(shù)字信號處理器的輸出端與所述可編程輔助控制器的輸入端相連?？删幊梯o助控制器的輸出端接至發(fā)電機(jī)組的相應(yīng)繼電器及斷路器的控制端。
文檔編號F03D9/00GK203103985SQ20132009534
公開日2013年7月31日 申請日期2013年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月1日
發(fā)明者張繼勇, 丁建新, 劉月林, 楊鵬, 郭鑫, 李金杰 申請人:揚(yáng)州金盛成套電氣設(shè)備有限公司