[发明专利]一种适用于小功率风电变流器的参数可调的实时监控方法

说明书

技术领域

本发明涉及风电变流器技术领域，特别是一种适用于小功率风电变流器的参数可调的实时监控方法。

背景技术

近些年来，风力发电作为一种具有广泛应用前景的新能源技术得到大力发展。与此同时，作为风力发电的关键技术之一，风电变流器因其可以实现宽风速范围内的变速恒频发电，提高运行效率，提升风能利用率等优点，也越来越受到重视。而随着分布式能源、微网技术的发展，针对民用的小功率风电变流器(一般为几千瓦)及其风电机组开始得到越来越多的应用。

需要特别指出的是，民用的小功率风电变流器及其风电机组，往往以单台或者几台组网的形式出现。同时，风机所发电通过风电变流器、变压器等设备，最终以单相交流电形式并入民用用电进线端。而为了方便实现对于单台及多台风电变流器组网时的监测与控制，小功率的风电变流器本身需包含控制单元和通信接口，方便上位机等对其进行监控。与民用的小功率风电变流器相匹配的风机，为了减少齿轮箱等中间传动结构，往往采用直驱式永磁同步发电机。

MODBUS协议已经成为工控领域全球最流行的标准，此协议支持传统的RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备，MODBUS协议的好处是其定义了控制器能够认识和使用的消息结构，并没有规定物理层，也不管它们是经过何种网络进行通信的。因此，利用MODBUS协议作为小功率风电变流器的通讯协议可以有效地降低成本，同时也方便对于使用MODBUS协议的不同设备之间进行监控。

现有的民用的小功率风电变流器中，没有给出基于MODBUSRTU协议的通讯接口技术方案，也没有相关的针对小功率风电变流器的参数可调的实时监控方法。

发明内容

本发明的技术方案是：一种适用于小功率风电变流器的参数可调的实时监控方法，其特征在于：该方法将由小功率风电变流器发送至上位机的实时参数和上位机发送至小功率风电变流器的系统关键参数与控制指令，按照改进的MODBUSRTU协议，在小功率风电变流器与上位机之间进行通讯；

所述小功率风电变流器包括三相PWM整流模块、三相PWM逆变模块、驱动微机模块、控制微机模块、通讯接口和电源模块，其一端连接永磁同步发电机，另一端连接电网；所述驱动微机模块负责三相PWM整流模块和三相PWM逆变模块PWM信号的产生；所述控制微机模块负责整个系统运行、保护，实时参数的采集，并通过通讯接口与上位机进行通讯；

所述参数可调的实时监控方法包括以下步骤：

(1)对于发电机侧的三相PWM整流模块采用矢量控制，其控制原理是采用速度外环、电流内环的双闭环控制结构，该步骤通过以下几个子步骤来实现：

(i)利用电流霍尔传感器测得实际三相电流i_sa、i_sb、i_sc，结合编码器测得转子位置信号θ，利用坐标变换即可得到dq坐标下的实际电流i_sd、i_sq；

(ii)实际速度ω通过编码器测得；外环角速度的参考值ω^*是结合最大功率点跟踪算法(MPPT)，可以使发电机在稳态运行时工作于相应风速的最大功率点；

(iii)通过参考速度ω^*与实际反馈的电机速度ω相比较，再经过PI调节器得到q轴电流的参考值d轴电流参考值从而使电流全部用于产生电磁转矩；

(iv)改变的值，从而改变发电机转矩和转速，跟踪最优速度ω^*，使发电机达到新的稳定状态；

(2)对于电网侧的三相PWM逆变模块控制策略为有功和无功功率的解耦控制，采用双闭环控制结构，包括直流侧电压的外环和无功电流的给定内环，该步骤通过以下几个子步骤实现：

(i)利用电流霍尔传感器测得实际三相电流i_a、i_b、i_c，结合谐振式PLL测得电网电压相位角θ₁，利用坐标变换即可得到dq坐标下的实际电流i_d、i_q；

(ii)电压外环用于控制电压源型逆变器直流侧的电压，直流侧电压参考值与实际电压U_dc相比较，再经过PI调节器得到d轴电流参考值

(iii)q轴电流的参考值是由无功功率参考值Q^*得到的，当无功给定为0，即Q^*＝0时，此时系统无功功率为0，电网侧功率因数为1；