对小型并网风力发电变流器控制系统探究黄勇

对小型并网风力发电变流器控制系统探究黄勇

黄勇

（南瑞集团（国网电力科学研究院）有限公司国电南瑞科技股份有限公司江苏南京211106）

摘要：根据小型并网风力发电的特点来看，其在实际中应用要求较大型并网风力发电系统使用更为方便，具备了施工简单、成本较低、使用便捷等优势。而在小型并网风力发电中主要是通过变流器将风力发电所产生的电能进行转化，并传送到低压电网中，可以说变流器控制系统在实际中的使用效果关系着小型并网风力发电的稳定性。以下根据其变流器的作用及特点来分析其应用价值，并提出了变流器控制系统在实际应用中需要注意的事项，以此来保证其应用目标可以实现。

关键词：并网风力发电；变流器；控制系统

一、电流型逆变器在小型并网风力发电系统中应用的重要价值

环保、节能、高效等都是小型并网风力发电机组所具备的优势，作为一种绿色能源其是社会发展中受到人们广泛关注的一种能源应用方式。而目前在并网风力发电中主要是采用直接输出的方式来进行电能使用，为此在对小型并网风力发电的研究中多数是对如何高效的将其接入到低压电网中进行探索。因此在实际中采用变流器将风力发电机组并入低压电网具有极高的应用意义。而在变流器中最主要的就是其拓扑及控制，为此在实际中对其系统的设计及研发影响着小型并网风力发电在实际中应用的效率。

二、小型风力发电逆变器并网控制策略特点及目标

根据对小型并网风力发电系统的调查及研究发现，在实际中其变流器控制系统仍然存有很大的进步空间，能够进行利用的风速范围较小。因为当前并网逆变器所具有的使用条件导致风力发电机组并网发电所需的最低发切入风速受到限制，结果导致并网系统的输出功率受到影响，这必然会使得整个系统的成本受到影响，使得小型并网风机的推广受到阻碍，针对其存在的问题以下进行了详细研究。

1、电流型逆变器的控制的特点

在小型并网风力发电系统当中，对电流型逆变器的控制研究是其中的重难点问题，通常是通过对逆变器进行控制而实现并网输出电流的。所以，要使得系统单相电流源型逆变器并网得以实现，就一定要结合所输出功率的大小来对逆变器所要输出电流的幅值进行确定。而将电网电压的同步信号直接进行检测，并将其当作变流器并网输出电流的跟踪信号，不仅能够让系统并网快速的输出电流，对电网电压信号进行跟踪，同时还可以实现同相位运行，进而使得单位功率因数输出得以实现，且此控制策略的原理十分的简单，很容易就可以达到。

2、电流型变流器并网控制的目标及要求

从目标上来看，小型风力并网发电要对逆变器输出的并网电流进行控制，使其可以成为质量较高且十分稳定的正弦波，得到和电网电压同相同频，进而达到并网单位功率因数运行。从要求上来看，小型并网风力发电系统当中，电流型变流器的并网控制要达到两个方面的要求，第一，就控制原理而言，作为扰动量，电网要和并网逆变器的输出端直接相连；第二，逆变器的并网输出电流应该和电网电压做到同相同频。

三、小型风力发电逆变器并网控制系统主要软硬件设计

1、系统硬件电路设计

（1）逆变主电路

逆变主电路在控制系统主电路中有最为重要的作用，担负着直流到交流的变换任务。四象限变流器形式的逆变主电路和一般电压型主电路有所不同。在实验的初期，为了确保逆变器不会由此而受到损害，将保护电压串联到直流母线上，并且监视电阻的压降，这样能够对直流母线电流情况实时进行获悉。

（2）DSP控制单元

在控制系统当中，DSP是其中的核心，不论是在对系统进行的实时保护上，还是系统的运行上都是通过DSP芯片来实现的。在控制系统的微处理器上本研究选取的时具有性能较高的16位定点DSPTMS320LF2407A，其中包括两个专门对电动机进行控制的事件管理器，这两个可以完成PWM的波形输出、对能够进行编程的PWM进行死区控制。此外，事件管理器还能够出现对称和不对称的PWM信号，由于可以带来更小的电流谐波，因此在此设计当中采取的是对称的PWM信号。

（3）对电路设计进行检测和保护

在实际应用计算机控制系统的过程中，一定要考虑是否具有可靠性，特别是在工业应用当中，系统抗干扰能力尤为明显。为了避免发生出现并解决干扰现象，不但要适当的处理干扰源，同时还要多采取防范的手段，进而方式因为外界干扰而导致出现程序“死机”或是“跑飞”问题，而造成系统工作发生异常。另外，系统一定要具备对外部环境的干扰以及影响进行抵抗的能力，是否具有可靠性是对系统进行评判的重要指标之一。在本设计当中，为了使系统具有更高的可靠性，同时使用了硬件看门狗和软件看门狗。

2、系统主要软件设计

（1）对键盘操作程序进行设计

在整个程序设计当中，键盘操作程序必不可少，如果用户想要更为便捷的控制系统的运行参数，就需要键盘在其中发挥作用。因此，在键盘程序中，可以对一些常规的操作，例如起动、停止以及复位按键等进行设计。

（2）对采样以及保护程序进行设计

尽管在整个程序当中，系统采样以及保护程序相对在设计上要相对简单。然而，其所具有的重要作用和地位则不能忽略。通过采样获取的数据是否准确与整个系统能否正常输出，系统是否稳定具有直接的影响。而保护程序设计上则和系统设备的安全性具有直接的影响，在这方面，主要是对硬件看门狗电路进行配合程序，同时对孤岛效应进行简单的检测。

（3）对主程序进行设计

系统主程序是系统的核心，接收采集信号，对采集信号进行处理，实现算法，输出控制信号，输出保护信号等。控制程序要求有固定的采样周期，所以主程序放在定时器中断中执行。这样主控制程序就不会受到诸如程序延时、键盘扫描、串行显示的影响而准确地定时执行。

四、结束语

对于变流器拓扑在并网风力发电中的应用以上进行了详细的分析，结合在并网风力发电中变流器应用的实际目标及要求提出了对其控制系统进行设计的方法，使其在应用中具备高效、实用、方便、低廉等优点，这种控制策略可以有效的对小型风力发电机组的电机实际功率进行全面跟踪，进而保证控制系统的实际应用效果。对于小型使并网风力发电变流器控制系统以上给出了理论依据，具体的应用还需在实际中不断的探索及研究，从而保证其在发电系统中实际的应用水平。

参考文献：

[1]李元.风力发电并网变流器的研究与设计[J].环球市场，2017（2）：226-226.

[2]张静萌.基于PR控制的风电变流器并网控制研究[J].电气牵引，2016（1）：35-37.

[3]黄辉.双馈风力发电系统变流器并网适应性控制研究[D].西南交通大学，2016.