專(zhuān)利名稱(chēng)：雙饋風(fēng)電變流器pwm控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
雙饋風(fēng)電變流器PWM控制器
(-)技術(shù)領(lǐng)域 本實(shí)用新型屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙饋風(fēng)電變流器PWM控制器。
背景技術(shù)：
雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由風(fēng)輪，齒輪箱，剎車(chē)機(jī)構(gòu)，發(fā)電機(jī)，塔架，控制系統(tǒng)和變流器組 成，雙饋風(fēng)電變流器是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的能量變換環(huán)節(jié)，它的主要作用是在亞同步的情況下 為電機(jī)轉(zhuǎn)子提供頻率，幅值，相位均可變的交流電，在超同步情況下將轉(zhuǎn)子發(fā)出的頻率，幅 值，相位均可變的交流電變成與電網(wǎng)同頻，同幅，同相的交流電并入電網(wǎng)。PWM控制器是雙饋 風(fēng)電變流器的核心部分，對(duì)變流器的穩(wěn)定運(yùn)行起著決定性作用。

發(fā)明內(nèi)容變流器是雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的重要組成部分，變流器PWM控制器是變流器非常重 要的控制核心部分。為滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在無(wú)人值守情況下長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行的要求，網(wǎng)側(cè) PWM控制器的主要功能就是穩(wěn)持直流母線的穩(wěn)定，機(jī)側(cè)PWM控制器的主要功能就是即時(shí)間 響應(yīng)風(fēng)機(jī)控制器的命令，最大限度的向電網(wǎng)輸送能量。此風(fēng)電變流器PWM控制器就是為滿 足上述要求而設(shè)計(jì)的。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型專(zhuān)利的技術(shù)方案如下一種雙饋風(fēng)電變流器PWM 控制器，包括模擬信號(hào)調(diào)理單元、DSP單元、CPLD接口單元、光纖接口單元、系統(tǒng)供電及電源 檢測(cè)單元、直流母線過(guò)壓檢測(cè)單元和CANBUS接口單元，模擬信號(hào)調(diào)理單元與DSP單元電信 號(hào)連接，DSP單元分別與CANBUS接口單元、CPLD接口單元電信號(hào)連接，CPLD接口單元與直 流母線過(guò)壓檢測(cè)單元電信號(hào)連接，CPLD接口單元與光纖接口單元電信號(hào)連接，系統(tǒng)供電及 電源檢測(cè)單元為本控制器供電。本實(shí)用新型還具有如下特征1、所述的DSP單元采用的是TMS320F2812芯片；2、所述的模擬信號(hào)調(diào)理單元由高精密差動(dòng)放大器INA128電路電信號(hào)連接INA157 電路組成；3、所述的CPLD接口單元采用的是EPM570芯片； 4、所述的系統(tǒng)供電及電源檢測(cè)單元采用的是TPS70351電源芯片；5、所述的直流母線過(guò)壓檢測(cè)單元報(bào)警門(mén)限為機(jī)側(cè)設(shè)定1225V，網(wǎng)側(cè)設(shè)定1250V，采 用LM339作為電壓比較器。本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)采用電網(wǎng)電壓定向的空間矢量PWM控制，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)側(cè)變流器的四象限運(yùn)行，采用 前饋控制解耦策略，實(shí)現(xiàn)有功無(wú)功分別控制；通過(guò)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)前雙饋電機(jī)定子 電子電壓和電網(wǎng)電壓同步和并網(wǎng)后發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率控制；實(shí)現(xiàn)了電源電壓監(jiān)測(cè)功能和直 流母線電壓監(jiān)測(cè)功能。

圖1為雙饋風(fēng)電變流器PWM控制器原路框圖；其中1、模擬信號(hào)調(diào)理單元，2、DSP單 元，3、CPLD接口單元，4、光纖接口單元，5、系統(tǒng)供電及電源檢測(cè)單元，6、直流母線過(guò)壓檢測(cè) 單元，7、CANBUS接口單元；圖2為模擬信號(hào)調(diào)理單元電路圖；圖3為系統(tǒng)供電及電源檢測(cè)單元電路圖；圖4為直流母線過(guò)壓檢測(cè)單元電路圖；圖5為CANBUS接口單元電路圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合圖1至圖5對(duì)本實(shí)用新型作更詳細(xì)的描述一種雙饋風(fēng)電變流器PWM控制器，包括模擬信號(hào)調(diào)理單元、DSP單元、CPLD接口單 元、光纖接口單元、系統(tǒng)供電及電源檢測(cè)單元、直流母線過(guò)壓檢測(cè)單元和CANBUS接口單元， 模擬信號(hào)調(diào)理單元與DSP單元電信號(hào)連接，DSP單元分別與CANBUS接口單元、CPLD接口單 元電信號(hào)連接，CPLD接口單元與直流母線過(guò)壓檢測(cè)單元電信號(hào)連接，CPLD接口單元與光纖 接口單元電信號(hào)連接，系統(tǒng)供電及電源檢測(cè)單元為本控制器供電。通過(guò)互感器或霍爾傳感器采到的模擬信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理板到達(dá)PWM控制器的模擬 信號(hào)調(diào)理單元，信號(hào)經(jīng)過(guò)模擬信號(hào)調(diào)理單元后變成DSP單元可以接受的0 3V電壓信號(hào)， 此信號(hào)為反饋信號(hào)。DSP單元根據(jù)給定信號(hào)和反饋信號(hào)，通過(guò)被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出 相應(yīng)占空比的PWM信號(hào)。此PWM信號(hào)經(jīng)CPLD接口單元和光纖接口單元到達(dá)IGBT的驅(qū)動(dòng)電 路部分，控制IBGT的導(dǎo)通和關(guān)斷。系統(tǒng)供電及電源檢測(cè)單元負(fù)責(zé)整個(gè)控制器的供電和電源 是否在正常范圍內(nèi)的檢測(cè)。直流母線過(guò)壓檢測(cè)單元負(fù)責(zé)檢測(cè)直流母線是否在正常范圍內(nèi)。 CANBUS接口單元負(fù)責(zé)控制器與變流器其他部分的通訊。此控制器通過(guò)燒寫(xiě)不同的程序，既 可以做為雙饋?zhàn)兞髌骶W(wǎng)側(cè)PWM控制器，也可以作為雙饋?zhàn)兞髌鳈C(jī)側(cè)PWM控制器。如附圖1所示，本實(shí)用新型是以TMS320F2812為核心DSP處理器，該處理器內(nèi)部自 帶12位16路高速ADC，完全可以滿足本控制器數(shù)據(jù)采集的需要。經(jīng)傳感器采集回來(lái)的模 擬信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路送給處理器的AD采集部分，處理器通過(guò)事件管理器中的定時(shí)器中 斷觸發(fā)AD采集，采集到的模擬量數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)Q格式轉(zhuǎn)換后被用于矢量控制運(yùn)算。矢量控制運(yùn) 算后的結(jié)果是產(chǎn)生PWM波形，該波形經(jīng)過(guò)CPLD接口單元處理后送給光纖接口單元，用于驅(qū) 動(dòng)IPM。IPM本身自帶錯(cuò)誤返回信號(hào)，如果上電后IPM狀態(tài)不正?；蛘哌\(yùn)行過(guò)程中IPM出現(xiàn) 過(guò)流過(guò)溫故障，就會(huì)通過(guò)光纖返回一個(gè)錯(cuò)誤信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)CPLD接口單元后，送到DSP的 功率保護(hù)中斷管腳，該管腳檢測(cè)到錯(cuò)誤信號(hào)后自動(dòng)封鎖IPM。TMS320F2812的內(nèi)核和IO 口 分別需要1. 8V和3. 3V兩個(gè)電源，電源部分采用的是TPS70351電源芯片，該芯片可以輸出 1. 8V和3. 3V兩種電源，同時(shí)可以滿足處理器對(duì)上電順序的要求，同時(shí)還可以輸出一路復(fù)位 信號(hào)。TMS320F2812自帶CAN2. OB總線，該總線的速率高達(dá)1M，可以滿足PWM控制去器與主 DSP之間通訊的需要。為防止DSP程序跑飛后由于直流母線過(guò)壓導(dǎo)致的IPM損壞，本PWM控 制器還設(shè)置了直流母線硬件過(guò)壓檢測(cè)電路，當(dāng)直流母線電壓達(dá)到硬件保護(hù)值后，該檢測(cè)電 路送出的信號(hào)經(jīng)CPLD接口單元處理后自動(dòng)封鎖PWM信號(hào)。如圖2所示，交流信號(hào)經(jīng)互感器采集和電阻取樣后轉(zhuǎn)換為-3V +3V電壓信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)第一級(jí)運(yùn)放INA128電路轉(zhuǎn)換為-3V +3V電壓信號(hào)，再經(jīng)第二級(jí)運(yùn)放INA157電路， INA157的1腳外加+1. 5V基準(zhǔn)，將輸入電壓除以2加1. 5V后輸出給TMS320F2812的ADC通 道。直流信號(hào)經(jīng)互感器采集和電阻取樣后轉(zhuǎn)換為OV +3V電壓信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)第一級(jí)運(yùn)放 INA128電路轉(zhuǎn)換為OV +3V電壓信號(hào)直接送給TMS320F2812的ADC通道。1. 5V基準(zhǔn)電壓 由TMS320F2812輸出的IV，2V電壓經(jīng)運(yùn)放運(yùn)算后得到。 如圖3所示，因?yàn)門(mén)MS320F2812的內(nèi)核和IO分別需要1. 8V和3. 3V兩種電壓，所 以電源部分采用TPS70351電源芯片，該芯片有兩路電源輸入和兩路電源輸出，5V電源到達(dá) PWM控制器后，接到TPS70351的5V輸入端，產(chǎn)生DSP和其他芯片所需要的3. 3V電源。同 時(shí)5V電源經(jīng)過(guò)LDO降壓后接到TPS70351的5V輸入端，產(chǎn)生DSP所需要的1. 8V電源。為 了滿足AD采集的需要，5V電源經(jīng)另外一個(gè)LDO降壓后產(chǎn)生的3. 3V電源專(zhuān)門(mén)給DSP的AD采 集部分供電?？刂葡到y(tǒng)士5V電源檢測(cè)電路，電路采用LM339作為電壓比較器，輸入端采用 電阻分壓與2V基準(zhǔn)電壓比較，此電路設(shè)定電壓誤差范圍±10%。當(dāng)電源超出誤差范圍，輸 出端為高電平(ERR0R_P5_N5端為高)，即電源報(bào)警信號(hào)。 如圖4所示直流母線過(guò)壓報(bào)警電路，電路報(bào)警門(mén)限，機(jī)側(cè)設(shè)定1225V，網(wǎng)側(cè)設(shè)定 1250V。電路采用LM339作為電壓比較器，輸入端采用電阻分壓，AD4、AD15同為直流母線電 壓信號(hào)，AD4通道信號(hào)與1. 5V基準(zhǔn)電壓比較，AD15通道信號(hào)與2V基準(zhǔn)電壓比較，兩路信號(hào) 經(jīng)過(guò)與一個(gè)門(mén)邏輯電路最后輸出，即當(dāng)AD4、AD15兩路測(cè)量結(jié)果同時(shí)過(guò)壓時(shí)，整個(gè)報(bào)警電路 輸出高電平(2DC0V端為高)，即直流母線過(guò)壓報(bào)警信號(hào)。如圖5所示TMS320F2812的CAN接口經(jīng)CAN收發(fā)器PCA82C250轉(zhuǎn)換后，變成差分 的CAN信號(hào)。
權(quán)利要求一種雙饋風(fēng)電變流器PWM控制器，包括模擬信號(hào)調(diào)理單元、DSP單元、CPLD接口單元、光纖接口單元、系統(tǒng)供電及電源檢測(cè)單元、直流母線過(guò)壓檢測(cè)單元和CANBUS接口單元，其特征在于模擬信號(hào)調(diào)理單元與DSP單元電信號(hào)連接，DSP單元分別與CANBUS接口單元、CPLD接口單元電信號(hào)連接，CPLD接口單元與直流母線過(guò)壓檢測(cè)單元電信號(hào)連接，CPLD接口單元與光纖接口單元電信號(hào)連接，系統(tǒng)供電及電源檢測(cè)單元為本控制器供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙饋風(fēng)電變流器PWM控制器，其特征在于所述的DSP單 元采用的是TMS320F2812芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙饋風(fēng)電變流器PWM控制器，其特征在于所述的模擬 信號(hào)調(diào)理單元由高精密差動(dòng)放大器INA128電路電信號(hào)連接INA157電路組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙饋風(fēng)電變流器PWM控制器，其特征在于所述的CPLD 接口單元采用的是EPM570芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙饋風(fēng)電變流器PWM控制器，其特征在于所述的系統(tǒng) 供電及電源檢測(cè)單元采用的是TPS70351電源芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙饋風(fēng)電變流器PWM控制器，其特征在于所述的直流 母線過(guò)壓檢測(cè)單元報(bào)警門(mén)限為機(jī)側(cè)設(shè)定1225V，網(wǎng)側(cè)設(shè)定1250V，采用LM339作為電壓比較器ο
專(zhuān)利摘要一種雙饋風(fēng)電變流器PWM控制器，包括模擬信號(hào)調(diào)理單元、DSP單元、CPLD接口單元、光纖接口單元、系統(tǒng)供電及電源檢測(cè)單元、直流母線過(guò)壓檢測(cè)單元和CANBUS接口單元，模擬信號(hào)調(diào)理單元與DSP單元電信號(hào)連接，DSP單元分別與CANBUS接口單元、CPLD接口單元電信號(hào)連接，CPLD接口單元與直流母線過(guò)壓檢測(cè)單元電信號(hào)連接，CPLD接口單元與光纖接口單元電信號(hào)連接，系統(tǒng)供電及電源檢測(cè)單元為本控制器供電。本實(shí)用新型采用電網(wǎng)電壓定向的空間矢量PWM控制，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)側(cè)變流器的四象限運(yùn)行，采用前饋控制解耦策略，實(shí)現(xiàn)有功無(wú)功分別控制；通過(guò)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)前雙饋電機(jī)定子電子電壓和電網(wǎng)電壓同步和并網(wǎng)后發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率控制。
文檔編號(hào)H02J3/18GK201774272SQ20102050486
公開(kāi)日2011年3月23日 申請(qǐng)日期2010年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月26日
發(fā)明者周維來(lái), 孫敬華, 張哲 , 裴景斌 申請(qǐng)人:哈爾濱九洲電氣股份有限公司