CN203103985U - 智能永磁直驱风力发电机组控制装置 - Google Patents

智能永磁直驱风力发电机组控制装置 Download PDF

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刘月林
杨鹏
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Abstract

智能永磁直驱风力发电机组控制装置。涉及永磁同步发电机类型的风力发电***运行控制装置。结构简单、成本低、同时对于电网电压跌落不超过50%具有不间断运行能力。它包括断路器、功率变换器、数字信号处理器、高速实时数据采集模块和可编程辅助控制器；功率变换器输入端与数字信号处理器的输出端相连；所述断路器一端与功率变换器相连，另一端用于与电网相连；所述高速实时数据采集模块的输入端用于接至电网、永磁风力发电机组及功率变换器上的各种传感器，其输出端接至数字信号处理器；数字信号处理器的输出端与所述可编程辅助控制器的输入端相连。可编程辅助控制器的输出端接至发电机组的相应继电器及断路器的控制端。

Description

智能永磁直驱风力发电机组控制装置
技术领域
本实用新型涉及永磁直驱风力发电***运行控制装置，尤其涉及永磁同步发电机类型的风力发电***运行控制装置。
背景技术
随着全球对风力发电的重视，风力发电技术飞速发展。大型风电机组技术日趋成熟，在单机容量和效率方面有很大的改进。90年代初，可用于商用机型的风力机功率较低，大多在几百千瓦。目前商用机型的风力机功率已经到达兆瓦级，全球风电市场以2～3WM为主。随着风电技术的发展，美国已经成功研制7WM风电机组，英国正在研制10WM机组，中国3WM已经成功并网。在风力机组实际运行方面，传统的直驱式风力机组需要配备复杂的齿轮箱传动部件，这大大影响了风机运行时的安全性，同时摩擦产生的能量大大损失，减小了风机的使用寿命。随着直接驱动技术的发展，无齿轮箱直驱式全功率变流技术的风电得到广泛的应用，能减小风力机组故障，增加了***的可靠性和寿命。随着永磁体性能的提高和价格的下降，将提高了永磁风力发电机的市场竞争力，再配备合适的无齿轮箱和全功率器件，无齿轮箱直驱式永磁风力发电机应用将越来越广泛。
但是现有的无齿轮箱直驱式永磁风力发电机存在以下问题：其结构比较复杂，不能简化主控制板的结构，降低成本。在外部电网电压跌落及故障情况下不能保证电网的正常运行控制与保护，特别是电网电压跌落至50%的情况下，如果没有特殊保护措施，将会造成机组、控制装置的损坏。也就是说现有技术的控制***不能实现最大功率跟踪、无法确保电网跌落50%时风电机组的不间断运行。难以实现风电机组的独立与并网运行、采用基于以太网的通信实现风力发电机组的远程监控。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是：提供一种结构简单、成本低同时对于电网电压跌落不超过50%具有不间断运行能力的智能永磁直驱风力发电机组控制器。
本实用新型的技术方案是：包括断路器、功率变换器、数字信号处理器DSP和高速实时数据采集模块；所述的功率变换器用于控制永磁风力发电组，所述的功率变换器输入端与数字信号处理器DSP的输出端相连，用于接受ＰＷＭ驱动信号；所述断路器一端与功率变换器相连，另一端用于与电网相连；所述高速实时数据采集模块的输入端用于接至电网、永磁风力发电机组及功率变换器上的各种传感器，其输出端接至数字信号处理器DSP；还包括可编程辅助控制器PLC，所述数字信号处理器DSP的输出端与所述可编程辅助控制器PLC的输入端相连；所述的可编程辅助控制器PLC用于扩展I/O口，可编程辅助控制器PLC的输出端接至发电机组的相应继电器及断路器的控制端。 
还包括：泄荷模块，所述的泄荷模块控制端连接至所述可编程辅助控制器PLC的输出端，功率变换器的输出端接至泄荷模块的输入端。
还包括通信模块，所述通信模块接至数字信号处理器DSP，所述的通信模块通过以太网与上位机通信。
还包括切换开关，所述切换开关的控制端接至可编程辅助控制器PLC的输出端，所述断路器通过切换开关切换端与功率变换器相连，切换开关的另一切换端则与负载相连。
还包括过载保护装置、震动保护装置与温度保护装置，所述过载保护装置、震动保护装置与温度保护装置的输入端分别接至永磁风力发电机组；可编程辅助控制器PLC的输出端接至过载保护装置、震动保护装置与温度保护装置的控制端，过载保护装置、震动保护装置与温度保护装置的输出端则接至高速实时数据采集模块的输入端。
本实用新型的技术效果：（一）本实用新型采用分布式数字分布机构设计，分为主控数字信号处理器DSP和可编程辅助控制器PLC，主控数字信号处理器DSP重心放在处理控制算法运算，而可编程辅助控制器PLC则可以进行I/O接口的扩展及进行辅助控制功能。一方面可以将采用两个数字信号处理器DSP的结构改为只用一个数字信号处理器DSP来完成，这样节约了成本，同时可简化主控制板的结构，（二）采用泄荷模块，可以将风力发电机组的多余载荷及时的释放出来，从而起到保护风力发电机组的作用。（三）采用通信模块通过以太网进行远程通信，实现相应机组运行参数和控制指令由上位机监控平台进行发电机组的远程监控和调度；永磁直驱风力发电机组除通过现场液晶屏通过高速实时数据采集模块采集风力发电机组的运行参数，实现现场运行状态显示，还可以接受远程上位机的调度与控制；本永磁直驱风力发电机组可多台组网实现风力发电机组群的运行控制。（四）永磁直驱风力发电机组控制器输出可通过并网／独立运行的切换开关实现并网运行和独立带负载运行。（五）过载保护装置、震动保护装置与温度保护装置保证风力发电机组的安全运行。（六）采用本实用新型的运算方法，可以实现风力发电机组的在电网电压跌落不超过50%具有不间断运行能力，可以实现最大功率跟踪控制及无功功率和有功功率的独立调节。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的优选实施例的结构示意图；
图2是本实用新型的智能永磁直驱风力发电机组控制装置的工作流程图；
图3是本实用新型的数字信号处理器DSP主控程序控制流程图；
其中:1、断路器；2、功率变换器；3、高速实时数据采集模块； 5、数字信号处理器DSP；6、可编程辅助控制器PLC；7、通信模块。 
具体实施方式
实施例一：如图1和图2所示，智能永磁直驱风力发电机组控制装置，包括断路器1、功率变换器2、数字信号处理器DSP5、高速实时数据采集模块3和可编程辅助控制器PLC6，
所述的功率变换器2用于控制永磁风力发电组；所述数字信号处理器DSP5用于风力发电机组功率变换器主控，作为主控制器控制风电机组的运行；所述高速实时数据采集模块根用于采集各种传感器的信号；可编程辅助控制器PLC6作为辅助控制器，进行分布式控制和扩展I/O，它接受数字信号处理器DSP5的输出信号控制发电机组的相应继电器和断路器1，实现顺序操作。
所述的功率变换器2输入端与数字信号处理器DSP5的输出端相连，用于接受ＰＷＭ驱动信号；所述断路器1一端与功率变换器2相连，另一端用于与电网相连；所述高速实时数据采集模块3的输入端用于接至电网、永磁风力发电机组及功率变换器2上的各种传感器，其输出端接至数字信号处理器DSP5；所述数字信号处理器DSP5的输出端与所述可编程辅助控制器PLC6的输入端相连。所述的可编程辅助控制器PLC6用于扩展I/O口，可编程辅助控制器PLC6的输出端接至发电机组的相应继电器及断路器1的控制端。
另外还包括：泄荷模块4，它用于风电机组动态功率调控与风电机组的保护。所述的泄荷模块4控制端连接至所述可编程辅助控制器PLC6的输出端，功率变换器2的输出端接至泄荷模块4的输入端。还包括通信模块7，它实现与上位机的通信并进行监控，机组运行参数由通信模块7以以太网传输方式将发电机组的运行状态送到上位机实现发电机组的监控和调度。所述通信模块7接至数字信号处理器DSP5，所述的通信模块7通过以太网与上位机通信。还包括切换开关8，所述切换开关8的控制端接至可编程辅助控制器PLC6的输出端，所述断路器1通过切换开关8切换端与功率变换器2相连，切换开关8的另一切换端则与负载相连。还包括过载保护装置9、震动保护装置10与温度保护装置11，它们的输入端分别接至永磁风力发电机组；可编程辅助控制器PLC6的输出端接至过载保护装置9、震动保护装置10与温度保护装置11的控制端，过载保护装置9、震动保护装置10与温度保护装置11的输出端则接至高速实时数据采集模块3的输入端。
如图3所示，所述的数字信号处理器DSP5主控程序控制流程为，首先接受外部基于高速实时数据采集模块采集而来的现场风电机组的现场参数，对现场采集来的数据进行分析处理，同时接受上位机调度指令进行下一步工作，在此基础上进行运算基于动态统一永磁风力发电***的逆模型，对风力发电***需要控制的有功功率与无功功率进行非线性解耦，接着进行基于指数收敛率的滑模变结构控制运算，产生所需控制的有功功率与无功功率控制指令，再将其通过数字信号处理器DSP输出到功率变换器。采用该运算方法，可以实现风力发电机组的在电网电压跌落不超过50%具有不间断运行能力，可以实现最大功率跟踪控制及无功功率和有功功率的独立调节。
本实用新型所揭示的智能永磁直驱风力发电机组控制装置，运行模式可以进行并网与独立运行两种工作模式的切换，采用的分布式数字控制结构，简化的主控结构，降低了设备成本。本装置提出风电机组不间断运行控制装置。除用于永磁直驱风力发电机组中并网和独立运行外，同时也可以移植到有齿轮箱永磁风力发电机组运行控制中，具有很强的应用通用性。
本实用新型并不局限于上述实施例，在本实用新型公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.智能永磁直驱风力发电机组控制装置，包括断路器、功率变换器、数字信号处理器DSP和高速实时数据采集模块；所述的功率变换器用于控制永磁风力发电组，所述的功率变换器输入端与数字信号处理器DSP的输出端相连，用于接受ＰＷＭ驱动信号；所述断路器一端与功率变换器相连，另一端用于与电网相连；所述高速实时数据采集模块的输入端用于接至电网、永磁风力发电机组及功率变换器上的各种传感器，其输出端接至数字信号处理器DSP；其特征在于：还包括可编程辅助控制器PLC，所述数字信号处理器DSP的输出端与所述可编程辅助控制器PLC的输入端相连；所述的可编程辅助控制器PLC用于扩展I/O口，可编程辅助控制器PLC的输出端接至发电机组的相应继电器及断路器的控制端。
2.根据权利要求1所述的智能永磁直驱风力发电机组控制装置，其特征在于，还包括：泄荷模块，所述的泄荷模块控制端连接至所述可编程辅助控制器PLC的输出端，功率变换器的输出端接至泄荷模块的输入端。
3.根据权利要求1所述的智能永磁直驱风力发电机组控制装置，其特征在于，还包括通信模块，所述通信模块接至数字信号处理器DSP，所述的通信模块通过以太网与上位机通信。
4.根据权利要求1所述的智能永磁直驱风力发电机组控制装置，其特征在于，还包括切换开关，所述切换开关的控制端接至可编程辅助控制器PLC的输出端，所述断路器通过切换开关切换端与功率变换器相连，切换开关的另一切换端则与负载相连。
5.根据权利要求1所述的智能永磁直驱风力发电机组控制装置，其特征在于，还包括过载保护装置、震动保护装置与温度保护装置，所述过载保护装置、震动保护装置与温度保护装置的输入端分别接至永磁风力发电机组；可编程辅助控制器PLC的输出端接至过载保护装置、震动保护装置与温度保护装置的控制端，过载保护装置、震动保护装置与温度保护装置的输出端则接至高速实时数据采集模块的输入端。
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