一种风电变流器的闭环控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种风电变流器的闭环控制装置，包括第一采样单元、第一信号调理单元、第二采样单元、第二信号调理单元、数字处理单元、电平转换单元、IGBT驱动单元、隔离保护单元、CAN通信单元和电源单元。本实用新型专利技术通过对变流器的输出信号进行采样并反馈回波形接近正弦、谐波含量少、功率因数接近1的输入信号，实现了变流器的自适应调节，保证了直流母线电压的稳定，使变流器工作稳定可靠，转换效率高，其结构简单，系统功耗低，检测精度高，响应速度快，稳定性和可靠性好，控制方便，能够很好的满足双馈风力发电系统的要求。

A closed loop control device for wind power converter

The utility model provides a closed-loop control device for a wind power converter, which comprises a first sampling unit, a first signal conditioning unit, a second sampling unit, a second signal conditioning unit, a digital processing unit, a level conversion unit, an IGBT driving unit, an isolation protection unit, a CAN communication unit and a power supply unit. The utility model realizes the adaptive regulation of the converter by sampling the output signal of the converter and feeding back the input signal whose waveform is close to sine, less harmonic content and power factor is close to 1, thus ensuring the stability of the DC bus voltage, making the converter stable and reliable in operation, high in conversion efficiency and simple in structure. Low power consumption, high detection accuracy, fast response, good stability and reliability, easy control, can very well meet the requirements of doubly-fed wind power generation system.

【技术实现步骤摘要】
一种风电变流器的闭环控制装置
本技术涉及风力发电控制
，特别涉及一种风电变流器的闭环控制装置
技术介绍
风力发电以其无污染和可再生性，日益受到世界各国的重视，风能也成为保持增长最快的能源。风能资源是清洁的可再生能源，风力发电是新能源中技术最成熟、最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式之一。世界上很多国家，已经充分认识到风电在调整能源结构、缓解环境污染等方面的重要性，对风电的开发给予了高度的重视。风电变流器是将风力发电机输出的电压幅值、频率变化的电能转换为恒压、恒频的交流电能的装置，是风力发电系统中的一个重要部件。因此，研制适用于风电转换的高可靠性、高效率、控制及供电性能良好的风力发电变流系统，是风力发电技术的研究重点，具有重要的意义。
技术实现思路
(一)解决的技术问题为了解决上述问题，本技术提供了一种风电变流器的闭环控制装置，通过对变流器的输出信号进行采样并反馈回波形接近正弦、谐波含量少、功率因数接近1的输入信号，实现了变流器的自适应调节，保证了直流母线电压的稳定，使变流器工作稳定可靠，转换效率高。(二)技术方案一种风电变流器的闭环控制装置，包括第一采样单元、第一信号调理单元、第二采样单元、第二信号调理单元、数字处理单元、电平转换单元、IGBT驱动单元、隔离保护单元、CAN通信单元和电源单元；所述第一采样单元的输入端连接变流器，所述第一采样单元的输出端连接所述第一信号调理单元的输入端，所述第一采样单元采集所述变流器的交流电压和电流信号，输出交流电流信号；所述第一采样单元包括电流传感器、第一和第二运算放大器、第一～第三二极管和第一～第九电阻，其中所述电流传感器选用霍尔电流传感器CHB_50A，所述第一和第二运算放大器选用四运算放大器LM324，所述第一二极管为肖特基二极管；所述第一信号调理单元的输入端连接所述第一采样单元的输出端，所述第一信号调理单元的输出端连接所述数字处理单元的A/D口，所述第一信号调理单元对所述第一采样单元输出的所述交流电流信号进行处理，使其符合所述数字处理单元的所述A/D口对输入信号的要求；所述第一信号调理单元包括第三运算放大器、第四二极管、第十～第十六电阻、第一和第二电容，其中所述第三运算放大器选用四运算放大器LM324，所述第四二极管为肖特基二极管；所述第二采样单元的输入端连接直流母线，所述第二采样单元的输出端连接所述第二信号调理单元的输入端，所述第二采样单元采集所述直流母线的电压信号，输出直流电流信号；所述第二采样单元和所述第一采样单元具有相同的电路结构；所述第二信号调理单元的输入端连接所述第二采样单元的输出端，所述第二信号调理单元的输出端连接所述数字处理单元的所述A/D口，所述第二信号调理单元对所述第二采样单元输出的所述直流电流信号进行处理，使其符合所述数字处理单元的所述A/D口对输入信号的要求；所述第二信号调理单元和所述第一信号调理单元具有相同的电路结构；所述数字处理单元的输入端通过所述A/D口分别连接所述第一信号调理单元和所述第二信号调理单元的输出端，所述数字处理单元的输出端通过PWM口连接所述电平转换单元的输入端，所述数字处理单元对所述第一信号调理单元和所述第二信号调理单元输入的信号进行A/D转换和分析，输出3.3V的PWM脉冲驱动信号；所述电平转换单元的输入端连接所述数字处理单元的所述PWM口，所述电平转换单元的输出端连接所述IGBT驱动单元的输入端，所述电平转换单元将所述3.3V的PWM脉冲驱动信号转换为5V的PWM脉冲驱动信号，使其符合所述IGBT驱动单元对输入信号的要求；所述IGBT驱动单元的输入端连接所述电平转换单元的输出端，所述IGBT驱动单元的输出端连接所述隔离保护单元的输入端，所述IGBT驱动单元对所述5V的PWM脉冲驱动信号进行功率放大；所述IGBT驱动单元包括IGBT驱动器、IGBT管、第五～第十二极管、第三～第五电容和第十七～第十九电阻，其中所述IGBT驱动器选用快速型IGBT驱动专用模块EXB841；所述隔离保护单元的输入端连接所述IGBT驱动单元的输出端，所述隔离保护单元的输出端连接所述变流器，所述隔离保护单元将数字控制电路部分与所述变流器进行隔离，同时保护所述IGBT驱动单元；所述IGBT驱动单元通过所述隔离保护单元将放大的PWM信号反馈给所述变流器，实现对所述变流器的自适应调节；所述CAN通信单元的输入端连接所述数字处理单元的CAN口，所述CAN通信单元的输出端连接PLC工控机，所述数字处理单元通过所述CAN通信单元将采集的数据上传给所述PLC工控机，同时所述PLC工控机通过所述CAN通信单元对所述变流器的自适应调节过程进行控制；所述电源单元为系统其他各单元提供工作电压，所述电源单元包括电源、第一和第二稳压器、电感、第十一二极管、第六～第十电容和第二十电阻，其中所述电源为DC±15V，所述第一稳压器选用降压开关型集成稳压器LM2576S，所述第二稳压器选用单输出低压差稳压器TPS7333QP。进一步的，所述数字处理单元选用数字处理器TMS320LF2407A。进一步的，所述电平转换单元选用电平转换芯片74HCT。进一步的，所述隔离保护单元选用光耦隔离器TLP521。进一步的，所述CAN通信单元选用通用CAN隔离收发器CTM8251AT。(三)有益效果本技术提供了一种风电变流器的闭环控制装置，通过对变流器的输出信号进行采样并反馈回波形接近正弦、谐波含量少、功率因数接近1的输入信号，实现了变流器的自适应调节，保证了直流母线电压的稳定，使变流器工作稳定可靠，转换效率高，其结构简单，系统功耗低，检测精度高，响应速度快，稳定性和可靠性好，控制方便，能够很好的满足双馈风力发电系统的要求。附图说明图1为本技术所涉及的一种风电变流器的闭环控制装置的系统结构框图。图2为本技术所涉及的一种风电变流器的闭环控制装置的采样单元电路原理图。图3为本技术所涉及的一种风电变流器的闭环控制装置的信号调理单元电路原理图。图4为本技术所涉及的一种风电变流器的闭环控制装置的IGBT驱动单元电路原理图。图5为本技术所涉及的一种风电变流器的闭环控制装置的CAN通信单元电路原理图。图6为本技术所涉及的一种风电变流器的闭环控制装置的电源单元电路原理图。具体实施方式下面结合附图对本技术所涉及的实施例做进一步详细说明。如图1所示，一种风电变流器的闭环控制装置，包括第一采样单元、第一信号调理单元、第二采样单元、第二信号调理单元、数字处理单元、电平转换单元、IGBT驱动单元、隔离保护单元、CAN通信单元和电源单元。第一采样单元的输入端连接变流器，第一采样单元的输出端连接第一信号调理单元的输入端，第一采样单元采集变流器的交流电压和电流信号，输出交流电流信号。如图2所示，第一采样单元包括电流传感器U1、运算放大器U2A和U2B、二极管D1～D3和电阻R1～R9，其中电流传感器U1选用霍尔电流传感器CHB_50A，运算放大器U2A和U2B选用四运算放大器LM324，二极管D1为肖特基二极管。霍尔电流传感器CHB_50A的工作原理为霍尔磁补偿，额定电流为50A，匝数比为1：1000，工作电压为±15V。第一信号调理单元的输入端连接第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风电变流器的闭环控制装置，其特征在于：包括第一采样单元、第一信号调理单元、第二采样单元、第二信号调理单元、数字处理单元、电平转换单元、IGBT驱动单元、隔离保护单元、CAN通信单元和电源单元；所述第一采样单元的输入端连接变流器，所述第一采样单元的输出端连接所述第一信号调理单元的输入端，所述第一采样单元采集所述变流器的交流电压和电流信号，输出交流电流信号；所述第一采样单元包括电流传感器、第一和第二运算放大器、第一～第三二极管和第一～第九电阻，其中所述电流传感器选用霍尔电流传感器CHB_50A，所述第一和第二运算放大器选用四运算放大器LM324，所述第一二极管为肖特基二极管；所述第一信号调理单元的输入端连接所述第一采样单元的输出端，所述第一信号调理单元的输出端连接所述数字处理单元的A/D口，所述第一信号调理单元对所述第一采样单元输出的所述交流电流信号进行处理，使其符合所述数字处理单元的所述A/D口对输入信号的要求；所述第一信号调理单元包括第三运算放大器、第四二极管、第十～第十六电阻、第一和第二电容，其中所述第三运算放大器选用四运算放大器LM324，所述第四二极管为肖特基二极管；所述第二采样单元的输入端连接直流母线，所述第二采样单元的输出端连接所述第二信号调理单元的输入端，所述第二采样单元采集所述直流母线的电压信号，输出直流电流信号；所述第二采样单元和所述第一采样单元具有相同的电路结构；所述第二信号调理单元的输入端连接所述第二采样单元的输出端，所述第二信号调理单元的输出端连接所述数字处理单元的所述A/D口，所述第二信号调理单元对所述第二采样单元输出的所述直流电流信号进行处理，使其符合所述数字处理单元的所述A/D口对输入信号的要求；所述第二信号调理单元和所述第一信号调理单元具有相同的电路结构；所述数字处理单元的输入端通过所述A/D口分别连接所述第一信号调理单元和所述第二信号调理单元的输出端，所述数字处理单元的输出端通过PWM口连接所述电平转换单元的输入端，所述数字处理单元对所述第一信号调理单元和所述第二信号调理单元输入的信号进行A/D转换和分析，输出3.3V的PWM脉冲驱动信号；所述电平转换单元的输入端连接所述数字处理单元的所述PWM口，所述电平转换单元的输出端连接所述IGBT驱动单元的输入端，所述电平转换单元将所述3.3V的PWM脉冲驱动信号转换为5V的PWM脉冲驱动信号，使其符合所述IGBT驱动单元对输入信号的要求；所述IGBT驱动单元的输入端连接所述电平转换单元的输出端，所述IGBT驱动单元的输出端连接所述隔离保护单元的输入端，所述IGBT驱动单元对所述5V的PWM脉冲驱动信号进行功率放大；所述IGBT驱动单元包括IGBT驱动器、IGBT管、第五～第十二极管、第三～第五电容和第十七～第十九电阻，其中所述IGBT驱动器选用快速型IGBT驱动专用模块EXB841；所述隔离保护单元的输入端连接所述IGBT驱动单元的输出端，所述隔离保护单元的输出端连接所述变流器，所述隔离保护单元将数字控制电路部分与所述变流器进行隔离，同时保护所述IGBT驱动单元；所述IGBT驱动单元通过所述隔离保护单元将放大的PWM信号反馈给所述变流器，实现对所述变流器的自适应调节；所述CAN通信单元的输入端连接所述数字处理单元的CAN口，所述CAN通信单元的输出端连接PLC工控机，所述数字处理单元通过所述CAN通信单元将采集的数据上传给所述PLC工控机，同时所述PLC工控机通过所述CAN通信单元对所述变流器的自适应调节过程进行控制；所述电源单元为系统其他各单元提供工作电压，所述电源单元包括电源、第一和第二稳压器、电感、第十一二极管、第六～第十电容和第二十电阻，其中所述电源为DC±15V，所述第一稳压器选用降压开关型集成稳压器LM2576S，所述第二稳压器选用单输出低压差稳压器TPS7333QP。...

【技术特征摘要】
1.一种风电变流器的闭环控制装置，其特征在于：包括第一采样单元、第一信号调理单元、第二采样单元、第二信号调理单元、数字处理单元、电平转换单元、IGBT驱动单元、隔离保护单元、CAN通信单元和电源单元；所述第一采样单元的输入端连接变流器，所述第一采样单元的输出端连接所述第一信号调理单元的输入端，所述第一采样单元采集所述变流器的交流电压和电流信号，输出交流电流信号；所述第一采样单元包括电流传感器、第一和第二运算放大器、第一～第三二极管和第一～第九电阻，其中所述电流传感器选用霍尔电流传感器CHB_50A，所述第一和第二运算放大器选用四运算放大器LM324，所述第一二极管为肖特基二极管；所述第一信号调理单元的输入端连接所述第一采样单元的输出端，所述第一信号调理单元的输出端连接所述数字处理单元的A/D口，所述第一信号调理单元对所述第一采样单元输出的所述交流电流信号进行处理，使其符合所述数字处理单元的所述A/D口对输入信号的要求；所述第一信号调理单元包括第三运算放大器、第四二极管、第十～第十六电阻、第一和第二电容，其中所述第三运算放大器选用四运算放大器LM324，所述第四二极管为肖特基二极管；所述第二采样单元的输入端连接直流母线，所述第二采样单元的输出端连接所述第二信号调理单元的输入端，所述第二采样单元采集所述直流母线的电压信号，输出直流电流信号；所述第二采样单元和所述第一采样单元具有相同的电路结构；所述第二信号调理单元的输入端连接所述第二采样单元的输出端，所述第二信号调理单元的输出端连接所述数字处理单元的所述A/D口，所述第二信号调理单元对所述第二采样单元输出的所述直流电流信号进行处理，使其符合所述数字处理单元的所述A/D口对输入信号的要求；所述第二信号调理单元和所述第一信号调理单元具有相同的电路结构；所述数字处理单元的输入端通过所述A/D口分别连接所述第一信号调理单元和所述第二信号调理单元的输出端，所述数字处理单元的输出端通过PWM口连接所述电平转换单元的输入端，所述数字处理单元对所述第一信号调理单元和所述第二信号调理单元输入的信号进行A/D转换和分析，输出3.3V的PWM脉冲驱动信号；所述电平转换单元的输入端连接所述数字...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭琦，廖梦君，罗超，顾浩瀚，王新宝，韩连山，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心，南方电网科学研究院有限责任公司，南京南瑞继保电气有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44