淺談小型并網風力發電變流器控制系統

王翰斌+程帥

摘 要：根據小型并網風力發電的特點來看，其在實際中應用要求較大型并網風力發電系統使用更為方便，具備了施工簡單、成本較低、使用便捷等優勢。而在小型并網風力發電中主要是通過變流器將風力發電所產生的電能進行轉化，并傳送到低壓電網中，可以說變流器控制系統在實際中的使用效果關系著小型并網風力發電的穩定性。以下根據其變流器的作用及特點來分析其應用價值，并提出了變流器控制系統在實際應用中需要注意的事項，以此來保證其應用目標可以實現。

關鍵詞：并網風力發電；變流器；控制系統

風力發電作為一種能源開發新形式在近些年來得到了快速的發展，其在實際中的應用符合現今的環保及可持續發展理念。而小型風力機組可以在一些風速較低的地區，其在極大程度上提高了風力資源的利用效率，可以說小型并網風力發電是一種擴大資源利用率的有效方式。而為了保證小型并網風力發電在實際中可以持續穩定的輸送電能，必須要根據其特點選擇適當的變流器，并且保證其控制系統應用的高效性及可靠性，從而提高整個發電系統的穩定性。

一、電流型逆變器在小型并網風力發電系統中應用的重要價值

環保、節能、高效等都是小型并網風力發電機組所具備的優勢，作為一種綠色能源其是社會發展中受到人們廣泛關注的一種能源應用方式。而目前在并網風力發電中主要是采用直接輸出的方式來進行電能使用，為此在對小型并網風力發電的研究中多數是對如何高效的將其接入到低壓電網中進行探索。因此在實際中采用變流器將風力發電機組并入低壓電網具有極高的應用意義。而在變流器中最主要的就是其拓撲及控制，為此在實際中對其系統的設計及研發影響著小型并網風力發電在實際中應用的效率。

二、小型風力發電逆變器并網控制策略特點及目標

根據對小型并網風力發電系統的調查及研究發現，在實際中其變流器控制系統仍然存有很大的進步空間，能夠進行利用的風速范圍較小。因為當前并網逆變器所具有的使用條件導致風力發電機組并網發電所需的最低發切入風速受到限制，結果導致并網系統的輸出功率受到影響，這必然會使得整個系統的成本受到影響，使得小型并網風機的推廣受到阻礙，針對其存在的問題以下進行了詳細研究。

1、電流型逆變器的控制的特點

在小型并網風力發電系統當中，對電流型逆變器的控制研究是其中的重難點問題，通常是通過對逆變器進行控制而實現并網輸出電流的。所以，要使得系統單相電流源型逆變器并網得以實現，就一定要結合所輸出功率的大小來對逆變器所要輸出電流的幅值進行確定。而將電網電壓的同步信號直接進行檢測，并將其當作變流器并網輸出電流的跟蹤信號，不僅能夠讓系統并網快速的輸出電流，對電網電壓信號進行跟蹤，同時還可以實現同相位運行，進而使得單位功率因數輸出得以實現，且此控制策略的原理十分的簡單，很容易就可以達到。

2、電流型變流器并網控制的目標及要求

從目標上來看，小型風力并網發電要對逆變器輸出的并網電流進行控制，使其可以成為質量較高且十分穩定的正弦波，得到和電網電壓同相同頻，進而達到并網單位功率因數運行。從要求上來看，小型并網風力發電系統當中，電流型變流器的并網控制要達到兩個方面的要求，第一，就控制原理而言，作為擾動量，電網要和并網逆變器的輸出端直接相連；第二，逆變器的并網輸出電流應該和電網電壓做到同相同頻。

三、小型風力發電逆變器并網控制系統主要軟硬件設計

1、系統硬件電路設計

（1）逆變主電路a

逆變主電路在控制系統主電路中有最為重要的作用，擔負著直流到交流的變換任務。四象限變流器形式的逆變主電路和一般電壓型主電路有所不同。在實驗的初期，為了確保逆變器不會由此而受到損害，將2Ω的保護電壓串聯到直流母線上，并且監視電阻的壓降，這樣能夠對直流母線電流情況實時進行獲悉。

（2）DSP控制單元

在控制系統當中，DSP是其中的核心，不論是在對系統進行的實時保護上，還是系統的運行上都是通過DSP芯片來實現的。在控制系統的微處理器上本研究選取的時具有性能較高的16位定點DSPTMS320LF2407A，其中包括兩個專門對電動機進行控制的事件管理器，這兩個可以完成PWM的波形輸出、對能夠進行編程的PWM進行死區控制。此外，事件管理器還能夠出現對稱和不對稱的PWM信號，由于可以帶來更小的電流諧波，因此在此設計當中采取的是對稱的PWM信號。

（3）對電路設計進行檢測和保護

在實際應用計算機控制系統的過程中，一定要考慮是否具有可靠性，特別是在工業應用當中，系統抗干擾能力尤為明顯。為了避免發生出現并解決干擾現象，不但要適當的處理干擾源，同時還要多采取防范的手段，進而方式因為外界干擾而導致出現程序“死機”或是“跑飛”問題，而造成系統工作發生異常。另外，系統一定要具備對外部環境的干擾以及影響進行抵抗的能力，是否具有可靠性是對系統進行評判的重要指標之一。在本設計當中，為了使系統具有更高的可靠性，同時使用了硬件看門狗和軟件看門狗。

2、系統主要軟件設計

（1）對鍵盤操作程序進行設計

在整個程序設計當中，鍵盤操作程序必不可少，如果用戶想要更為便捷的控制系統的運行參數，就需要鍵盤在其中發揮作用。因此，在鍵盤程序中，可以對一些常規的操作，例如起動、停止以及復位按鍵等進行設計。

（2）對采樣以及保護程序進行設計

盡管在整個程序當中，系統采樣以及保護程序相對在設計上要相對簡單。然而，其所具有的重要作用和地位則不能忽略。通過采樣獲取的數據是否準確與整個系統能否正常輸出，系統是否穩定具有直接的影響。而保護程序設計上則和系統設備的安全性具有直接的影響，在這方面，主要是對硬件看門狗電路進行配合程序，同時對孤島效應進行簡單的檢測。

（3）對主程序進行設計

系統主程序是系統的核心，接收采集信號，對采集信號進行處理，實現算法，輸出控制信號，輸出保護信號等。控制程序要求有固定的采樣周期，所以主程序放在定時器中斷中執行。這樣主控制程序就不會受到諸如程序延時、鍵盤掃描、串行顯示的影響而準確地定時執行。

結語：對于變流器拓撲在并網風力發電中的應用以上進行了詳細的分析，結合在并網風力發電中變流器應用的實際目標及要求提出了對其控制系統進行設計的方法，使其在應用中具備高效、實用、方便、低廉等優點，這種控制策略可以有效的對小型風力發電機組的電機實際功率進行全面跟蹤，進而保證控制系統的實際應用效果。對于小型使并網風力發電變流器控制系統以上給出了理論依據，具體的應用還需在實際中不斷的探索及研究，從而保證其在發電系統中實際的應用水平。

參考文獻：

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