风电控制及其解决方案

结 构示意 图如 图３ Ｎ示 。控 制器 由驱 动 电压 信号 ，一般 采用 同步 采样 转换 器 频 最高 可以￣ ４ ０ Ｈ ，处理 信号 实 Ｊ Ｉ ０ Ｍ ｚ 板 、信 号采 集单 元 、变浆控 制 、整流 实现 同时 采样 ，这样 可 以提高 控制 系 时性 更好 ，可 以完 成更 复杂 的滤波 和 控 制 器 、逆 变控制 器 、主控 板和 其他 统的控 制精 度和 相位 裕 度 ，增 强 系统 控制算 法 。ＡＤＳ 一２ ４ ９ Ｐ １ ６ 是ＡＤＩ 最新 ＰＬＣ 制单元 组成 。各个控制 单元通 的稳定性 。ＡＤ７ ０ 是 ＡＤＩ 控 ６６ Ｎ一 代的８ 的 浮点数 字信 号处 理器 ，主频 最高 到 （ 下转第３ 页） ７
上 ， 采 用 永 磁 发 电机 的 直 驱 风 机 天 然 Ｐ Ｍ输 出，最后送 至驱动电路 ，护器 十 分 方 便 用 户 的选 择 。 Ｗ
ＤＡ４ ９ — 的 就 有 低 电压 穿越 功能 。和双 馈 异步发 件可能带来的误差源 。Ａ ０ ６ ２ 电机相 比，直驱 永磁发 电机 需要 的变 失调 电压 典型 值低 至 ３ Ｖ，温 度 漂 ５
统 部 件 ，采 用 永 磁 发 电 机 技 术 ，其 可
ＡＤ７ ０ 采用单 ＋ Ｖ供 电但支 持 土１Ｖ ６６ ５ ０ 或 ±５ Ｖ的 双 极性 输 入 ，输 入 过 压 保 护 到 ±１ ．Ｖ。ＡＤ ６ ６ ６５ ７ ０ 内置低 温漂的 电压基 准 ，两 阶模 拟抗 混叠滤 波 器以 及 通过过 采样 实现 的数 字滤波 器 ，转 换 器 的输 入 阻 抗达 到 １ Ｑ ，在一 些 Ｍ
也 感 应 出过 流 和 过 压 。 定 转 子 电 流 的
大幅 波动会 造成 双馈 异步发 电机 电磁
但 随 着 风 机 组 装 机 容 量 的 快 速 转矩 的剧 烈变化 ，对 风 电机组机 械 系
越简 单 、重量也 越来越 轻 。随着 机组 增长 ，电力公 司及 电网运营 商纷 纷提 统 产生很 大的扭 切应 力冲 击 。转 子能 大 型化的 发展 ，Ｍ 级以 上的机 组技 出了风 力发 电设 备 的并 网规 范 ，并且 量 传递到 电 网 ，剩 下的给 直流 电容 充 ｗ 术普 遍采 用 了更 先进 变桨 变速技 术 。 从 维持 电力 系统 稳定 的 角度 出发 ，要 电，导致 直流 母线 电压的 快速 升高 。
变速 恒频 技术使 发 电机组 在低风 速情 求 风 电机 组在 电 网电压跌落 时能 够保 如 果不及 时采 取保 护措施 ，过 大的 电 况 下的 出力水 平大 幅度提 高 ，总体发 持 不 脱 网 运 行 ，既 具 备 低 电压 穿 越 流 和 电压 将导 致励 磁变流 器 、定转 子 电效 率得 到进 一步提 高 。 目前风 力发
风电控制及其解决方案
ＡＤ公司技术业务经理 张松 刚 Ｉ 在过 去的 ２ 多年里 ，风 力发 电机 电机和永磁同步发 电机 。 ０ 组的 技术沿 着增 大单机 容量 、减轻 单 双馈异步 发电机结构如图 １ 示。 所 机 能够 保持 并 网，甚至 向 电网提供 一 定的 无功功 率 ，支持 电网恢 复 ，直 到
穿 位千 瓦重量 、提 高转换效 率 的方 向发 定子 绕组接 电 网 ，转子 电流 由滑环接 电 网恢 复 正 常 ，从 而 “ 越 ” 这 个 低
区域 ） 。图２ 风 电场 的低 电 为 展 。上世 纪末 ，风 电机 组主 流规格 在 入 ，当发 电机转 子高 （ ）于同步 速 电压时 间（ 低
ＡＤＳＰ ＢＦ １ — ５ Ｘ是ＡＤＩ 出面 向 自动 推 控 制 、工业 自动化 的定 点数字 信号 处
风 力机 、永 磁 同步发 电机 、变流 器和 控 制 器 、并 网变 压 器及断 路器 等 ，其
风 机控 制 中 ，需 要采 样 三相 电流 理 器 。与 竞 争对 手 相 比 ，ＢＦ５ Ｘ主 １
低 要 求 的 场 合 可 以 省 去 前 面 运 放 组 成
靠 性和 效率 更高 。永 磁发 电机组 通过 全功 率变 流器和 变压 器 与高压 电网 相 联 ，变流 器将风 电机 组输 出的 交流 电 压 变换 成直 流 ，再 逆 变成 电压频 率和 对 于整 流控 制器 和逆 变控 制 器 ，
件 电路 才能具有 低电压穿越 功能。
过 ＣＡ Ｒ￥ ８ 总 线 相 连 进 行 通 讯 。 Ｎ或 ４５
路 同步采 样模数 转换 器 ， 已经 广泛 应
近 几 年 直 接 驱 动 技 术 在 风 电 领 整流 控制 器和 逆变控 制 器的 硬件 电路 用在 电力线监控项 目上。如 图５ 所示 ， 域 得 到 了重视 ，这种 风 力发 电机组 采 相同 ，只是软件算法不一样 。 用 多极 发 电机与 叶轮直 接连 接进 行 驱 动 的方式 ，从而 免去 了齿 轮箱 这一 传
的驱 动／ 信号调理 电路 。ＡＤ７ ０ 其 他 ６６
通 ４ ６ ７ 幅值 及相 位与 电网一 致 的交流 电源 电 信号 采集 单元 的 电压 电流信号 通过 运 系 列 产 品包 括 ８ 道 ｌ 位 的 ＡＤ７ ０ ，
压 。 由于 采用 了全功 率变 流器 ，发 电 放进 行信 号调 理 ，送 至 模数 转换 器 ，
８ 道 １ 位 的ＡＤ７ ０ ，６ 道 １ 位 的 通 ８ ６８ 通 ６
６６ ６ 通 ６ ６６ 机与 电 网之间是 隔 离的 ，故 电网 电压 微 控 制 器 读 取 模 数 转 换 器 得 到 电压 电 ＡＤ７ ０ － 以 及 ４ 道 １ 位 的 ＡＤ７ ０ －
的跌落 不会 直接 作 用在发 电机 的定子 流 的 数 字 量 进 行 闭 环 控 制 算 法 得 到 ４ 整 个 系列 的 产 品 都 是 引 脚兼 容 的 ， 。
是 ３ Ｗ 、６ Ｗ 了。早期 的风 力发 电 磁 电 流 的 幅 值 和 相 位 实 现 发 电 机 有 压 时能够 保证 不脱 网连 续运行 ６ ５ Ｓ Ｍ Ｍ ２ｍ 机组 全部是 定 桨距失 速型 风机 。定桨 功 、无功 功率 的独立 调节 。 由于 变流 的 能力 ；风 电场 并 网点 电压在 发生跌 ｓ ０ 距机 组叶 片的 角度不 能在 风速 变化时 器只需供 给转 差功率 ，大大 减少 了容 落 后２ 内能够 恢 复到 额定 电压的 ９ ％ 进行 相应 地调 节 ，无 法在 低 ，高风速 量 的需 求。变速 恒频 双馈异 步发 电机 时 ，风 电场 内的风 电机组 能够保 证 不 时 获取 最大 的风能 ，因此 这种 型的机 以其调 速范 围宽 、有功和 无功功 率可 脱 网连 续运行 。对 于双馈 异步 发 电机 组 很难 向大型 化方 向发展 。随 着技术 独 立调 节以及 所需励 磁变 流器容 量较 来 说 ，电 网电压骤 降会使 其产 生的 电 的发展 ，风 电机组 发展 到 了变 桨距 系 小等优 点 ，迅速成 为 国际主流风 电机 能 不能 全部送 出，而风 机吸收 的风 能 统 。 变桨距风 力发 电机组 的叶 片角度 组产 品 ，占据大部分 市场份额 。 可以根 据风 速进行 调节 ，以便 最大 限 度地 吸收 风的能 量 ，从 而获 得较大 的 转换效 率 。变桨 距机组 的额 定风速 较 低 ，启动性 能较 好 ，发 电机 有着较 为 平滑 的功率 曲线 。 同时 ，新 技术和 新 材料 的应 用 ，使 得叶 片结 构变得越 来 又 不会 明显 变化 ，因此 这部分 未能 输 出的能 量将 消耗在 机组 内部 。定子 电 压 骤 降 将 引 起 定 子 电流 增 大 ， 由于 定 、转 子之 间的 强耦合 ，使 得转子 侧
流 器 容 量 大 ，成 本 较 高 ， 市 场 份 额 较 移 典 型 值 仅 为 １ Ｖ／℃ ，额 定 工 作 温
小 ，但 从长 远来 看 ，直 驱永 磁风 机将 度范 围为 － ０ ４ ～＋１ ５ ，特 别适合 风 ２℃
是 今后风机的发展趋势 。 电控制高精度的信号调理要 求。
（ ＶＲＴ）能 力 。低 电压穿越 指在风 绕 组绝缘 以及 直流 母线 电容 的损坏 。 Ｌ
电 机 主 要 采 用 两 种 类 型 ：双 馈 异 步 发 力发 电机并 网点 电压跌落 的时候 ，风 所 以双馈 异步 发 电机需要 额外 增加 硬
３ 今日 ４ 电子 ・２ １年８ ０２ 月
欧洲是 ７ ０ ，Ｎ２ ｏ 年前后 主流机 时 ，控制双 向变 流器 能量流 入 （ ） ５ ｋＷ ｏ２ 出
压穿越 特性 曲线 。风 电场 内的风 电机
型 是 １ ５ Ｗ ， 而 现 在 主 流 机 型 已 经 电网 ，实现 恒频 输 出 ，还通 过改 变励 组具 有 在并 网点 电压 跌至 ２ ％额 定 电 ．Ｍ ０
今日 ＇ ￣－ ７ －・２１年８ wenku.baidu.com５ ０２ 月
风 电控 制 中 ，微 处理 器 的算法 是
整 个系 统 中最 核心 的部 分 。数 字信 号 处理 器 （ ＤＳＰ）因其 是高速 实时运 算 处理 能 力和丰 富外 设功 能集于 一身 ， 在风 电控 制领 域 内得到 很好 的应用 。
直 驱 式 永 磁 风 机 发 电 系 统 主 要 由