一種小功率風(fēng)電變流器組網(wǎng)時(shí)的實(shí)時(shí)監(jiān)控方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及風(fēng)電變流器技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種小功率風(fēng)電變流器組網(wǎng)時(shí)的實(shí)時(shí)監(jiān) 控方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近些年來，風(fēng)力發(fā)電作為一種具有廣泛應(yīng)用前景的新能源技術(shù)得到大力發(fā)展。與 此同時(shí)，作為風(fēng)力發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)之一，風(fēng)電變流器因其可W實(shí)現(xiàn)寬風(fēng)速范圍內(nèi)的變速恒 頻發(fā)電，提高運(yùn)行效率，提升風(fēng)能利用率等優(yōu)點(diǎn)，也越來越受到重視。而隨著分布式能源、微 網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，針對(duì)民用的小功率風(fēng)電變流器（一般為幾千瓦）及其風(fēng)電機(jī)組開始得到越 來越多的應(yīng)用。
[0003] 需要特別指出的是，民用的小功率風(fēng)電變流器及其風(fēng)電機(jī)組，往往W單臺(tái)或者幾 臺(tái)組網(wǎng)的形式出現(xiàn)。同時(shí)，風(fēng)機(jī)所發(fā)電通過風(fēng)電變流器、變壓器等設(shè)備，最終W單相交流電 形式并入民用用電進(jìn)線端。而為了方便實(shí)現(xiàn)對(duì)于單臺(tái)及多臺(tái)風(fēng)電變流器組網(wǎng)時(shí)的監(jiān)測(cè)與控 審Ij，小功率的風(fēng)電變流器本身需包含控制單元和通信接口，方便上位機(jī)等對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控。與 民用的小功率風(fēng)電變流器相匹配的風(fēng)機(jī)，為了減少齒輪箱等中間傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，往往采用直驅(qū) 式永磁同步發(fā)電機(jī)。
[0004] MODBUS協(xié)議已經(jīng)成為工控領(lǐng)域全球最流行的標(biāo)準(zhǔn)，此協(xié)議支持傳統(tǒng)的RS-232、 RS-422、RS-485和W太網(wǎng)設(shè)備，MODBUS協(xié)議的好處是其定義了控制器能夠認(rèn)識(shí)和使用的消 息結(jié)構(gòu)，并沒有規(guī)定物理層，也不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。因此，利用MODBUS 協(xié)議作為小功率風(fēng)電變流器的通訊協(xié)議可W有效地降低成本，同時(shí)也方便對(duì)于使用MODBUS 協(xié)議的不同設(shè)備之間進(jìn)行監(jiān)控。 陽(yáng)0化]現(xiàn)有的民用的小功率風(fēng)電變流器中，沒有給出基于M孤腳SRTU協(xié)議的通訊接口技 術(shù)方案，也沒有相關(guān)的針對(duì)小功率風(fēng)電變流器的參數(shù)可調(diào)的實(shí)時(shí)監(jiān)控方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種小功率風(fēng)電變流器組網(wǎng)時(shí)的實(shí)時(shí)監(jiān)控方法，其特征在 于：該方法將由多臺(tái)小功率風(fēng)電變流器發(fā)送至上位機(jī)的實(shí)時(shí)參數(shù)和上位機(jī)發(fā)送至多臺(tái)小功 率風(fēng)電變流器的系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)與控制指令，按照改進(jìn)的MODBUSRTU協(xié)議，在多臺(tái)小功率風(fēng) 電變流器與上位機(jī)之間進(jìn)行通訊；
[0007] 所述小功率風(fēng)電變流器包括=相PWM整流模塊、=相PWM逆變模塊、驅(qū)動(dòng)微機(jī)模 塊、控制微機(jī)模塊、通訊接口、觸摸板和電源模塊，其一端連接永磁同步發(fā)電機(jī)，另一端連接 電網(wǎng)；所述驅(qū)動(dòng)微機(jī)模塊負(fù)責(zé)=相PWM整流模塊和=相PWM逆變模塊PWM信號(hào)的產(chǎn)生；所 述控制微機(jī)模塊負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行、保護(hù)，實(shí)時(shí)參數(shù)的采集，并通過通訊接口連接至現(xiàn)場(chǎng)總 線，進(jìn)而與上位機(jī)進(jìn)行通訊；所述觸摸板可W對(duì)控制微機(jī)模塊進(jìn)行操作，包括開機(jī)、關(guān)機(jī)和 編號(hào)設(shè)定；
[0008] 所述實(shí)時(shí)監(jiān)控方法，包括W下步驟：
[0009] (I)對(duì)于各臺(tái)風(fēng)電變流器發(fā)電機(jī)側(cè)的=相PWM整流模塊均采用矢量控制，其控制 原理是采用速度外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，該步驟通過W下幾個(gè)子步驟來實(shí)現(xiàn)：
[0010] a)利用電流霍爾傳感器測(cè)得實(shí)際；相電流is。、isb、is。，結(jié)合編碼器測(cè)得轉(zhuǎn)子位置 信號(hào)e，利用坐標(biāo)變換即可得到dq坐標(biāo)下的實(shí)際電流Ld、isq;
[0011] (ii)實(shí)際速度《通過編碼器測(cè)得；外環(huán)角速度的參考值《"^是結(jié)合最大功率點(diǎn)跟 蹤算法（MPPT)，可W使發(fā)電機(jī)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)工作于相應(yīng)風(fēng)速的最大功率點(diǎn)；
[0012] (iii)通過參考速度《"^與實(shí)際反饋的電機(jī)速度U相比較，再經(jīng)過？1調(diào)節(jié)器得到 q軸電流的參考值d軸電流參考值Gd二0,從而使電流全部用于產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩；
[001引 （iv)改變苗的值，從而改變發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，跟蹤最優(yōu)速度使發(fā)電機(jī)達(dá)到 新的穩(wěn)定狀態(tài)；
[0014] (2)對(duì)于各臺(tái)風(fēng)電變流器電網(wǎng)側(cè)的=相PWM逆變模塊控制策略為有功和無功功率 的解禪控制，采用雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，包括直流側(cè)電壓的外環(huán)和無功電流的給定內(nèi)環(huán)，該步驟 通過W下幾個(gè)子步驟實(shí)現(xiàn)：
[001引 a)利用電流霍爾傳感器測(cè)得實(shí)際；相電流i。、ib、i。，結(jié)合諧振式P化測(cè)得電網(wǎng)電 壓相位角0 1，利用坐標(biāo)變換即可得到dq坐標(biāo)下的實(shí)際電流id、iq;
[0016] (ii)電壓外環(huán)用于控制電壓源型逆變器直流側(cè)的電壓，直流側(cè)電壓參考值與 實(shí)際電壓Ud。相比較，再經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器得到d軸電流參考值綜;
[0017] (iii)q軸電流的參考值巧是由無功功率參考值礦得到的，當(dāng)無功給定為0,即Q* =0時(shí)，每;=0,此時(shí)系統(tǒng)無功功率為0,電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)為1 ;
[0018] (3)最大功率點(diǎn)跟蹤控制（MPPT)采用的是功率信號(hào)反饋法，功率信號(hào)反饋法是測(cè) 量出風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速《，并根據(jù)風(fēng)力機(jī)的最大功率曲線，計(jì)算出與該轉(zhuǎn)速所對(duì)應(yīng)的風(fēng)力機(jī)的 最大輸出功率Pm。、，將它作為風(fēng)力機(jī)的輸出功率給定值P%并與發(fā)電機(jī)輸出功率的觀測(cè)值P 相比較得到誤差量，經(jīng)過調(diào)節(jié)器對(duì)風(fēng)力機(jī)進(jìn)行控制，W實(shí)現(xiàn)對(duì)最大功率點(diǎn)的跟蹤控制，該步 驟通過W下幾個(gè)子步驟實(shí)現(xiàn)：
[0019] a)根據(jù)公式P=TQ，而電磁轉(zhuǎn)矩T又與q軸電流分量isq成正比，因此在實(shí)際使 用功率信號(hào)反饋法進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤控制時(shí)，是轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的轉(zhuǎn)速CO和q軸電流分量isq 作為給定參考值；在實(shí)際使用MPPT曲線時(shí)，可W有兩種類型，即功率與轉(zhuǎn)速曲線P/n或功率 與頻率曲線P/f;
[0020] 扣）當(dāng)使用功率與轉(zhuǎn)速曲線P/n時(shí)，轉(zhuǎn)速給定值CO嘴q軸電流分量給定值iw%十 算公式：
陽(yáng)02引其中P為MPPT曲線中的功率，n為轉(zhuǎn)速，P為電機(jī)極對(duì)數(shù)，4f為轉(zhuǎn)子磁鏈，CO為 機(jī)械角速度；
[0023] (iii)當(dāng)使用功率與頻率曲線P/f時(shí)，轉(zhuǎn)速給定值q軸電流分量給定值i計(jì)算公式：
陽(yáng)02引其中f為電角速度所對(duì)應(yīng)的頻率，P為電機(jī)極對(duì)數(shù)，為轉(zhuǎn)子磁鏈，《為機(jī)械角 速度；
[0026] (4)基于W上S種控制策略，得到各臺(tái)風(fēng)電變流器的系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)均為：
[0027] (i)MPPT曲線，具體包括功率與轉(zhuǎn)速曲線P/n和功率與頻率P/f兩種形式；
[0028] (ii)電機(jī)參數(shù)，具體包括電機(jī)極對(duì)數(shù)P、額定功率P、額定轉(zhuǎn)速n、額定電流I、直軸 電感Ld、交軸電感Lq、定子相電阻氏和轉(zhuǎn)子磁鏈4f;
[0029] (iii)PI參數(shù)，具體包括直流母線電壓環(huán)PI、網(wǎng)側(cè)逆變電流環(huán)PI、機(jī)側(cè)電流環(huán)PI和 機(jī)側(cè)轉(zhuǎn)速環(huán)PI;
[0030] (5)利用各臺(tái)風(fēng)電變流器的控制微機(jī)模塊，采集各臺(tái)風(fēng)電變流器所需要監(jiān)測(cè)的實(shí) 時(shí)參數(shù)，所述實(shí)時(shí)參數(shù)包括電網(wǎng)側(cè)電壓、電網(wǎng)側(cè)電流、電網(wǎng)頻率、電機(jī)側(cè)電流、電機(jī)轉(zhuǎn)速、母 線電壓；
[0031] (6)各臺(tái)風(fēng)電變流器的實(shí)時(shí)參數(shù)、系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)和控制指令的傳輸均采用改進(jìn)的 M孤腳SRTU協(xié)議，即結(jié)合M孤腳SAS化L模式下具有專用的起始帖和結(jié)束帖的優(yōu)點(diǎn)，將標(biāo)準(zhǔn) MODBUSRTU模式下> 3. 5字符作為判斷開始和結(jié)束的條件去除，改為在報(bào)文中增加開始帖 和結(jié)束帖，便于串口通訊，其數(shù)據(jù)帖格式如下：
[0033] (7)每臺(tái)風(fēng)電變流器組網(wǎng)前，均需通過其觸摸板，進(jìn)行編號(hào)設(shè)定，保證每臺(tái)風(fēng)電變 流器的編號(hào)是唯一的，所述編號(hào)作為步驟化）中各臺(tái)風(fēng)電變流器的地址帖，便于上位機(jī)區(qū) 分各臺(tái)風(fēng)電變流器；
[0034] 做要實(shí)現(xiàn)第i(1《i《腳臺(tái)風(fēng)電變流器匹配第j(1《j《K)類永磁同步發(fā)電 機(jī)，只需要將第j類系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)按照步驟化）中的協(xié)議，由上位機(jī)發(fā)送至第i臺(tái)風(fēng)電變流 器控制微機(jī)模塊，控制微機(jī)模塊再按照步驟（1)、（2)和（3)中的控制策略進(jìn)行控制，即可完 成第i臺(tái)風(fēng)電變流器匹配第j類永磁同步發(fā)電機(jī)并順利運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)時(shí)一種風(fēng)電變流器 兼容多種永磁同步發(fā)電機(jī)的功能，N為風(fēng)電變流器的數(shù)目，K為不同類型永磁同步發(fā)電機(jī)的 數(shù)目；
[0035] (9)要實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)各臺(tái)風(fēng)電變流器的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，只需各臺(tái)風(fēng)電變流器將步驟 (5)中的實(shí)時(shí)參數(shù)采集后，按照步驟化）中的協(xié)議實(shí)時(shí)地發(fā)送至上位機(jī)，上位機(jī)處理后即可 顯示對(duì)應(yīng)風(fēng)電變流器的實(shí)時(shí)參數(shù)；
[0036] (10)要實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)第i臺(tái)風(fēng)電變流器的控制，只需將控制指令按照步驟化）中 的協(xié)議發(fā)送至第i臺(tái)風(fēng)電變流器控制微機(jī)模塊，控制微機(jī)模塊即可采取相應(yīng)操作；所述控 制指令包括開機(jī)、關(guān)機(jī)和緊急保護(hù)。
[0037] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：
[0038] 1、在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，往往是W多臺(tái)小功率風(fēng)電變流器組網(wǎng)的形式出現(xiàn)，本發(fā)明可W 實(shí)現(xiàn)對(duì)多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)和風(fēng)電變流器運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)、排除故障，同時(shí) 也可實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)多臺(tái)小功率風(fēng)電變流器控制微機(jī)模塊的控制，在調(diào)試及下達(dá)命令時(shí)無需 對(duì)變流器進(jìn)行拆機(jī)操作，方便用戶操作；
[0039] 2、在實(shí)際小功率風(fēng)電機(jī)組組網(wǎng)時(shí)，常常會(huì)有幾種不同型號(hào)的永磁同步發(fā)電機(jī)，本 發(fā)明可W實(shí)現(xiàn)一種小功率風(fēng)電變流器適配多種不同型號(hào)的永磁同步發(fā)電機(jī)，降低成本