一种风力发电软并网控制器的研究与设计.pdf

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1、第４期甘敬松．一种风力发电软并网控制器的研究与设计６３３一种风力发电软并网控制器的研究与设计甘敬松（中船重工（武汉）凌久电气有限公司，武汉４３０２０５）摘要介绍定桨距风力发电机软并网技术的核心部件———软并网控制器的设计，给出系统结构和各部分的硬件电路设计和软件流程。采用基于ＡＲＭ内核的单片机ＳＴＭ３２１０３作为主控芯片发送触发脉冲，脉冲变压器作为驱动电路，软并网控制器与ＰＬＣ配合完成软并网和软脱网功能，具有结构简单、功能可靠和适用性强的特点。关键词ＳＴＭ３２１０３　风力发电机定桨距软并网中图分类号ＴＨ８６２　　　文献标识码Ａ文章编号　１０００-３９３２（２０１５）

2、０４-０３６３-０４软并网是定桨距风力发电机所采用的并网方式，具体步骤是：当发电机转速达到同步转速的９０％时，进入软并网工作状态，发电机接触器首先闭合，软并网控制器得电，ＰＬＣ对软并网控制器进行复位并解除其锁定信号，三相主电路上的３组反并联晶闸管受软并网控制器的控制被触发导通，导通角随着发电机与同步转速的接近而增大；当发电机转速完全达到同步转速时晶闸管完全打开，转速超过同步转速进入发电状态，此时软并网控制器将晶闸管的工作状态反馈至ＰＬＣ，ＰＬＣ发出命令接通旁路接触器，软并网装置被旁路开关短路从而退出运行，机组完成整个并网过程，进入稳定运行状态。同时，为了保证切入过程

3、中对电图１　软并网控制器系统框图网的冲击电流较小，若切入电流大于限流范围，则部分，产生晶闸管驱动脉冲信号；晶闸管导通角不再增大，当电流开始下降后，导通c．由脉冲变压器构成的晶闸管驱动电路；角逐渐打开直至完全开启。如果电流过大或者维d．由ＤＣ开关电源模块等组成的电源部分，持时间过长，软并网控制器将输出故障信号至［１］提供系统所需的正负１５．０、５．０、３．３Ｖ电压；ＰＬＣ，进而进行系统脱网控制。e．由ＩＩＣ接口的２４Ｃ０４组成的数据存储单①1软并网控制器总体结构元和数码管组成的显示部分；软并网控制器作为具体的执行机构完成并网f．ＤＩ／ＤＯ接口，负责接收ＰＬＣ发出的指令

4、和和脱网功能。笔者设计了一套基于１ＭＷ定桨距向ＰＬＣ发送信息；机组的软并网控制器，系统框图如图１所示。g．由线性光耦ＨＣＮＲ２００组成的导通角接软并网控制器主要由３组反并联的晶闸管和收电路；相应的控制电路组成，总体结构如图２所示，包含h．由全波精密整流电路组成的电流反馈电以下几个部分：路；a．３组反并联晶闸管及其相应ＲＣ阻容吸收i．电压、频率、相序检测电路，提供基本的保回路；b．由单片机ＳＴＭ３２Ｆ１０３Ｒ８Ｔ６构成的主控①收稿日期：２０１４-１０-１７（修改稿）３４６化工自动化及仪表第４２卷护功能；2主要硬件电路j．电压和电流过零点检测电路，提供触发脉2．1驱动电

5、路部分冲基准和续流角检测。单片机的移相触发信号经过光耦隔离送至脉冲变压器的原边，经过功率放大送至晶闸管的门极从而实现晶闸管的导通控制。一共具有六路驱动电路，图３所示为其中的一路。2．2导通角接收部分通过ＰＬＣ发送０～１０Ｖ的电压信号至软并网控制器，０～１８０°导通角和０～１０Ｖ的电压信号一一对应，通过０～１０Ｖ的接收转换电路送至单片机的Ａ／Ｄ，从而实现移相触发控制。导通角接收部分采用线性光耦隔离电路，精密线性光耦ＨＣＮＲ２００为电流驱动型器件，其ＬＥＤ的最大工作电流为４０ｍＡ，运算放大器的选取必须保证其输出电流有足够的驱动能力驱动［２］ＬＥＤ二极管，具体电路如图４所

6、示。图２　软并网控制器总体结构图３　驱动电路图４　导通角接收电路2．3电流反馈信号部分信号，达到实时调节和保护的作用。电流反馈电通过电流互感器采样电机启动过程中的电流路中的前两级运算放大器构成全波精密整流电第４期甘敬松．一种风力发电软并网控制器的研究与设计６３５［３］路，将电流信号转换成半波正弦电压信号，再经一级电压跟随器送至单片机Ａ／Ｄ，如图５所示。图５　电流反馈信号电路2．4电压过零点电路和相序检测部分和ＲＣ滤波之后送比较器构成电压过零点检测电经过电阻分压网络后的电压信号经电压跟随路，如图６所示，同时检测３路过零点信号。图６　电压过零点检测电路2．5电流过零点电

7、路部分７所示的检测电流过零点电路，电流过零和电压当晶闸管１８０°全导通时，晶闸管两端的管压过零时刻差即为续流角，从而抑制电机启动时刻降基本为零。利用晶闸管的此种特性，设计如图的振动。图７　电流过零点检测电路3系统软件软件程序主要由主程序和中断程序组成。软并网控制器的工作流程如图８所示。主程序在单片机正常复位以后，首先进行单３６６化工自动化及仪表第４２卷效电平，时间间隔为１０／３ｍｓ，每次间隔将包含４０个中断周期时间，即通过内部的计数器保证达到相应间隔时间。其脉冲波形如图９所示。图９　触发脉冲波形图８　软并网控制器工作流程4结束语基于定桨距机组的软并网控制器系统自