本发明专利技术公开了一种变速恒频双馈风力发电机组开放式并网实验系统和方法，应用于一电网中，包括若干熔断器和若干接触器，第一、第二电压电流互感器，一网侧变流器，一直流电容，一转子侧变流器和一双馈发电机，其特征在于，包括：一可调压的隔离变压器，串联设置在所述电网与所述熔断器之间串联，用于手动调节以模拟实现各种电压幅值的并网；一DSP/FPGA控制系统，根据所述第一电压电流互感器的采样信号，控制输出到所述网侧变流器和所述转子侧变流器需要的第一、第二组控制信号；一编码器，与所述双馈电机相连，用于检测所述双馈电机转子侧的转速；一光耦隔离单元，连接在所述编码器和所述FPGA单元之间，用于信号进行滤波处理后输入至所述FPGA单元。
【技术实现步骤摘要】
:本专利技术涉及电力电子控制
，特别是涉及基于。
技术介绍
:随着人类对能源紧缺和环境污染问题的持续关注，可再生能源的开发和利用，特别是对风能的开发利用正受到各国的高度重视。传统的恒速恒频发电方式下，发电机输出频率完全取决于风机的速度，发电机并网前必须经过严格的同步，并网后也必须严格的控制转速恒定，处理不好可能导致系统的瘫痪或崩溃。在变速恒频风力发电系统中，双馈发电机和电力系统之间构成了 “柔性连接”，双馈发电机转子绕组与幅值、频率、相位和相序均可调节的四象限变流器相连，可实现发电机定子有功功率和无功功率的解耦控制，提高了电力系统调节的灵活性和动、静态稳定性；同时，变速恒频风力发电技术可实现最大风能追踪，大大提高了能量转换效率，降低了由风施加到风力机上的机械应力。中国的风力发电设备起步较晚，大部分核心控制设备均采用进口设备，以系统集成为主，因此各高校、科研单位迫切需要一套开放式的变速恒频双馈发电机组并网实验系统，另外，对于兆瓦级大型风机的风能研究，也需要设计实验平台，模拟风速运行曲线。
技术实现思路
:针对上述问题，本专利技术的目的在于，提供一套变速恒频双馈风力发电机组的开放式并网实验系统及方法，主要实现以下功能:设计基于32位高精度、高速DSP单元处理器和FPGA单元协处理器的开放式双路三相PWM变流器，通过对双馈发电机定子有功、无功功率的解耦计算，变流器直流侧、机侧的电流、电压双闭环控制，实现对发电机的并网控制。为了实现上述专利技术目的，本专利技术公开了一种变速恒频双馈风力发电机组开放式并网实验系统，应用于一电网中，包括若干熔断器和若干接触器，第一、第二电压电流互感器，一网侧变流器，一直流电容，一转子侧变流器和一双馈发电机，其特征在于，包括:一可调压的隔离变压器，串联设置在所述电网与所述熔断器之间串联，用于手动调节以模拟实现各种电压幅值的并网；一 DSP/FPGA控制系统，根据所述第一电压电流互感器的采样信号，控制输出到所述网侧变流器和所述转子侧变流器需要的第一、第二组控制信号；一编码器，与所述双馈电机相连，用于检测所述双馈电机转子侧的转速；一光耦隔离单元，连接在所述编码器和所述FPGA单元之间，用于信号进行滤波处理后输入至所述FPGA单元。比较好的是，所述DSP/FPGA控制系统进一步包括:一电压电流采集单元，用于采集所述双馈发电机定子侧的电压、电流信号，所述电网的电压信号，所述变流器直流侧的电压、电流信号，所述变流器机侧的电压、电流信号，所述电压电流采集单元进一步包括串联的一运算放大器和一 AD采集芯片，所述运算放大器的输入端与所述第一电压电流互感器的输出端相连；一 FPGA单元，与所述AD采集芯片、所述光耦隔离单元的输出端相连；一 DSP单元，连接所述FPGA单元的输出端，其第一输出端连接所述网侧变流器的控制端，提供所述第一组控制信号，其第二输出端连接所述转子侧变流器的控制端，提供所述第二组控制信号。比较好的是，所述若干熔断器包括第一、第二、第三熔断器，所述若干接触器包括第一、第二接触器，其中，所述第一熔断器和所述第一接触器串级，连接在所述隔离变压器和所述网侧变压器之间；所述第二熔断器和所述第二接触器串级，连接在所述第二电压电流互感器和所述双馈电机之间；所述第三熔断器和第三接触器串级，连接在所述双馈电机和所述电网之间。本专利技术还公开了一种变速恒频双馈风力发电机组开放式并网实验系统的方法，该方法包含:步骤一，上电后，通过所述DSP单元控制所述第一、第二、第三接触器，对所述直流电容进行预充电；步骤二，判断所述直流电容的电压时否达到预设值，若达到则进行步骤三，若没有达到返回步骤一；步骤三，通过所述DSP单元控制第一接触器，所述网侧变流器上电；步骤四，调用所述网侧变流器的DSP单元解耦控制，输出第一组PWM三相控制信号给所述网侧变流器；步骤五，判断所述网侧变流器的网侧输出是否稳定，若已稳定输出则进行步骤六，若没有稳定返回步骤四；步骤六，通过所述DSP单元控制所述第二接触器，使得所述第二电流电压互感器的机侧输出至所述双馈电机转子；步骤七，调用所述转子侧变流器的所述DSP单元解耦控制，输出第二组PWM三相控制信号给所述转子侧变流器；步骤八，线性给定所述双馈电机的转子励磁电流至预设值；步骤九，判断所述双馈电机的定子侧输出电压是否与期望值相同，若相同则进行步骤十，若不同则继续调整两组PWM三相控制信号；步骤十，通过所述DSP单元控制所述第三接触器，使得所述双馈电机的定子连接至所述电网，实现并网操作；步骤^^一,设置给定无功功率值；步骤十二，根据所述双馈电机的转速、叶尖速比，进行最大风能捕捉。比较好的是，所述步骤九的判断包括幅值、相位、频率是否与期望值相同。本专利技术的整套系统均采用开放式设计，通过采用FPGA单元、DSP单元的分布式控制实现了对采样、控制的同步化，提高了控制精度和稳定性；通过串联隔离变压器的方式，实现模拟并网，大大增加了实验的可操作性、对电网的安全性；通过线性的方式逐步增加励磁电流给定，采用前馈与PID相结合的控制算法，克服了并网冲击电流大，容易造成装置损坏的缺点，提闻了系统的稳定性及动态响应。【附图说明】下面，参照附图，对于熟悉本
的人员而言，从对本专利技术方法的详细描述中，本专利技术的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。图1是本系统的结构示意图；图2是本系统中DSP单元的工作流程图；图3是本系统中网侧变流器的DSP单元解耦控制算法示意图；图4是本系统中转子侧变流器的DSP单元解耦控制算法示意图。【具体实施方式】:请参见图1所示，本专利技术的系统主要由隔离变压器1、第一、第二、第三熔断器21-23、第一、第二、第三接触器31-33、第一电压电流互感器4、网侧变流器(AC/DC IGBT) 5,直流电容6、转子侧变流器(DC/AC IGBT)7、第二电压电流互感器8、双馈发电机9、DSP/FPGA控制系统10、编码器11和光耦隔离单元12组成。第一、第二电压电流互感器4和8分别用于采集电网、双馈电机转子、定子的电压电流信号；编码器11用于检测双馈电机9转子侧的转速；DSP/FPGA控制系统10根据采集的电压电流信号、转速信号，产生控制网侧变流器5的PWM1/2/3信号和转子侧变流器7的PWM4/5/6信号，以此控制转子电压，使得双馈电机定子侧产生与期望幅值、相位、频率的交流电压，实现并网。作为实验科研设备，为防止在实验中因为各种原因不满足并网条件被误并网，而影响电网稳定性，或实验中希望模拟并网，在本驱动单元中将电网与熔断器I之间串联一个可调压的隔离变压器1，实验或算法研究中，可通过手动调节隔离变压器I的输出，模拟实现各种电压幅值的并网，尤其是进行低电压并网实验，既能满足并网实验、算法研究的需求，又提高了实验的安全性。进一步可以看到，上述系统中的DSP/FPGA控制系统10包含电压电流采集单元100、FPGA单元101和DSP单元102组成。其中的电压电流位置采集单元100由运算放大器1001和AD采样芯片1002组成。该采集单元100主要采集双馈发电机定子侧的电压、电流信号，电网电压信号，变流器直流侧的电压、电流信号，变流器机侧的电压、电流信号，所有信号经第一、第二电流电压互感器本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种变速恒频双馈风力发电机组开放式并网实验系统，应用于一电网中，包括若干熔断器和若干接触器，第一、第二电压电流互感器，一网侧变流器，一直流电容，一转子侧变流器和一双馈发电机，其特征在于，包括：一可调压的隔离变压器，串联设置在所述电网与所述熔断器之间串联，用于手动调节以模拟实现各种电压幅值的并网；一DSP/FPGA控制系统，根据所述第一电压电流互感器的采样信号，控制输出到所述网侧变流器和所述转子侧变流器需要的第一、第二组控制信号；一编码器，与所述双馈电机相连，用于检测所述双馈电机转子侧的转速；一光耦隔离单元，连接在所述编码器和所述FPGA单元之间，用于信号进行滤波处理后输入至所述FPGA单元。
【技术特征摘要】
1.一种变速恒频双馈风力发电机组开放式并网实验系统，应用于一电网中，包括若干熔断器和若干接触器，第一、第二电压电流互感器，一网侧变流器，一直流电容，一转子侧变流器和一双馈发电机，其特征在于，包括: 一可调压的隔离变压器，串联设置在所述电网与所述熔断器之间串联，用于手动调节以模拟实现各种电压幅值的并网； 一 DSP/FPGA控制系统，根据所述第一电压电流互感器的采样信号，控制输出到所述网侧变流器和所述转子侧变流器需要的第一、第二组控制信号； 一编码器，与所述双馈电机相连，用于检测所述双馈电机转子侧的转速； 一光耦隔离单元，连接在所述编码器和所述FPGA单元之间，用于信号进行滤波处理后输入至所述FPGA单元。2.根据权利要求1所述的变速恒频双馈风力发电机组开放式并网实验系统，其特征在于，所述DSP/FPGA控制系统进一步包括: 一电压电流采集单元，用于采集所述双馈发电机定子侧的电压、电流信号，所述电网的电压信号，所述变流器直流侧的电压、电流信号，所述变流器机侧的电压、电流信号，所述电压电流采集单元进一步包括串联的一运算放大器和一 AD采集芯片，所述运算放大器的输入端与所述第一电压电流互感器的输出端相连； 一 FPGA单元，与所述AD采集芯片、所述光耦隔离单元的输出端相连； 一 DSP单元，连接所述FPGA单元的输出端，其第一输出端连接所述网侧变流器的控制端，提供所述第一组控制信号，其第二输出端连接所述转子侧变流器的控制端，提供所述第二组控制信号。3.根据权利要求2所述的变速恒频双馈风力发电机组开放式并网实验系统，其特征在于， 所述若干熔断器包括第一、第二、第三熔断器，所述若干接触器包括第一、第二接触器，其中，所述第一熔断器和所述第一接...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵伟，陈志杰，查伟，
申请(专利权)人：上海寰晟新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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