设置有新型控制器的风力发电变流控制系统技术方案

本实用新型专利技术涉及风力发电控制技术领域，具体地指一种设置有新型控制器的风力发电变流控制系统，包括变流器、风速测量模块、转速测量模块、上位机和人机界面，还包括新型控制器，所述新型控制器包括进行控制算法运算的主DSP、进行故障检测的从DSP和用于扩展接口的FPGA；所述FPGA设置为双口RAM形式与主DSP和从DSP进行数据交互。本实用新型专利技术具备更快的处理速度和更优的计算能力，并且具有更好的通用性、模块化和扩展性。

A wind power converter control system with a new controller

The utility model relates to the technical field of wind power control, specifically refers to a set of new wind power generation controller converter control system, including the inverter, speed measurement module, speed measurement module, PC and man-machine interface, also includes a new type of controller, the new controller includes main control algorithms of DSP, fault detection is used to extend the interface from DSP and FPGA; the FPGA is set to double RAM form and the main DSP and the data exchange from DSP. The utility model has the advantages of faster processing speed and better calculation ability, and has better universality, modularization and expansibility.

【技术实现步骤摘要】
设置有新型控制器的风力发电变流控制系统
本技术涉及风力发电控制
，具体地指一种设置有新型控制器的风力发电变流控制系统。
技术介绍
日益恶化的生态环境、能源短缺使人们认识到，人类必须走可持续发展的道路，大力开发和利用可再生能源是必经之路，开发绿色的、可持续发展的新型能源已成为近年来的研究焦点。风能作为新能源的一个重要组成部分，是新能源中技术最成熟、最具开发条件和广阔商业化前景的一种发电方式。而且风能取之不尽，用之不竭的特点。据估计，全球可利用风能总量在53,000Twh/年。正是这个特点，世界各国都非常重视风力发电技术。大规模的风力发电并网电站已经开始建设运营，在国家倡导节能减排，绿色环保的大环境下，风力发电技术得到长足的发展。发电机及控制系统是风力发电系统的一大核心部分，它负责将机械能转换为电能，风力发电机及其控制系统的运行状况和控制技术，也决定着整个系统的性能、效率和输出电能质量。设计一款经济实高效的大功率风力发电变流器的控制器将有助于推动整个风力发电行业的发展。对于风力发电变流器控制技术而言，主要分为传统的模拟控制技术和数字控制技术。由于传统的模拟控制技术存在硬件成本高、控制方法实现难、一致性性差、器件老化及热漂移、产品升级换代难等缺点，已经逐渐被后来兴起的数字控制技术所取代。在常规的风力发电变流器数字控制技术常以DSP芯片为核心，因为DSP芯片由于处理速度快、集成度高、容量大等优点。虽然DSP有许多优点，但频率的选择、PWM信号频率及其精度、采样延时、运算时间及精度等方面还存在着局限性，会或多或少的影响电路的控制性能，而且不能提供足够多的通道。
技术实现思路
本技术的目的就是要提供一种设置有新型控制器的风力发电变流控制系统，其具备更快的处理速度和更优的计算能力；并且具有更好的通用性、模块化和扩展性。为实现上述目的，本技术所设计的设置有新型控制器的风力发电变流控制系统，包括变流器、风速测量模块、转速测量模块、上位机和人机界面，其特殊之处在于：还包括新型控制器，所述新型控制器包括进行控制算法运算的主DSP、进行故障检测的从DSP和用于扩展接口的FPGA；所述FPGA设置为双口RAM形式与主DSP和从DSP进行数据交互。进一步地，所述新型控制器通过FPGA的SPI接口使FPGA的PWM通道输出数据至变流器。更进一步地，所述新型控制器通过主DSP的ADC模块采集电网中相关模拟数据、风速测量模块的输出值和转速测量模块的输出值。再进一步地，所述新型控制器通过FPGA的URAT接口与上位机进行数据交互。还进一步地，所述新型控制器通过FPGA的SCI接口与人机界面进行数据交互。又进一步地，所述主DSP和从DSP采用CAN总线进行通信。又再进一步地，所述主DSP和从DSP的型号为TMS320LF2407；所述FPGA的型号为Spartan-6。在上述技术方案中，所述新型控制器通过FPGA的SPI接口连接有外接存储模块。在本技术所述的设置有新型控制器的风力发电变流控制系统，以FPGS加双GPS作为核心数字控制器，不但完成了核心控制器的硬件电路设计和PCB设计，而且可以用FPGA编程实现了载波移相控制。整流器、蓄电池和逆变器三部分组成风力发电的变流器，而风力发电的核心技术在于对变流器的控制上。本技术中FPGA用于实现接口电路，完成多路PWM扩展；主DSP进行控制算法运算，从DSP进行故障检测，两个DSP之间通过CAN总线进行必要的通信。因为机侧和网侧基本对称，所以机侧和网侧变流器的控制器采用同一结构，可以简化控制系统设计。从电网中的模拟信号、风速测量模块和转速测量模块输出的模拟信号，通过主DSP的ADC模块进入主DSP进行对比运算处理。主DSP将交流电流、交流电压、直流电流和直流电压转化成数字信号进行对比，如果有误差则有校正PWM调制波输出。校正PWM调制波通过FPGA的PWM通道输出至变流器，从而改变变流器的输出，起到控制的作用。综上所述，本技术具备更快的处理速度和更优的计算能力；并且具有更好的通用性、模块化和扩展性。附图说明图1为本技术的结构示意图。图中：变流器1、风速测量模块2、转速测量模块3、上位机4、人机界面5、新型控制器6(其中：主DSP6.1、从DSP6.2、FPGA6.3)。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术作进一步的详细描述：如图1所示，本技术所述的一种设置有新型控制器的风力发电变流控制系统，包括变流器1、风速测量模块2、转速测量模块3、上位机4、人机界面5和新型控制器6。新型控制器6包括进行控制算法运算的主DSP6.1、进行故障检测的从DSP6.2和用于扩展接口的FPGA6.3。FPGA6.3设置为双口RAM形式与主DSP6.1和从DSP6.2进行数据交互。主DSP6.1和从DSP6.2采用CAN总线进行通信。新型控制器6通过FPGA6.3的SPI接口使FPGA6.3的PWM通道输出数据至变流器1。新型控制器6通过主DSP6.1的ADC模块采集电网中相关模拟数据、风速测量模块2的输出值和转速测量模块3的输出值。新型控制器6通过FPGA6.3的URAT接口与上位机4进行数据交互。新型控制器6通过FPGA6.3的SCI接口与人机界面5进行数据交互。DSP芯片采用TMS320LF2407作为核心处理器，TMS320LF2407是一款高速、功能强大的32位定点DSP芯片，其时钟频率最大可达到150MHZ。它的8Kx16位的片内FLASH存储器，速度和容量的提高，使得在一个DSP芯片上实现复杂的控制算法成为可能。因为系统采用多模块载波移相逆变器模块并联技术，所以用到多路I/O口发生PWM信号来驱动并联模块。考虑到控制板的通用性，而且DSP本身不能提供足够的I/O口，所以需要扩展。功能扩展采用现场可编辑逻辑器件FPGA实现。FPGA采用Spartan-6，可根据实际需要配置成上百路PWM输出通道。在本技术中，将FPGA设置成双口RAM实现两个DSP间的数据交换，两个DSP可以一个作为主处理芯片，另一个作为从处理芯片。除此之外，也可以将两个DSP数据线地址线连接到FPGA，可以把FPGA作为协处理器来使用，FPGA可以完成并行数据处理运算，实现复杂的算法，加强了系统的运算能力。另外，新型控制器6还可以通过FPGA6.3的SPI接口连接有外接存储模块。以上实施例仅是本技术较有代表性的例子。显然，本技术不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本专利技术的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应认为属于本技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设置有新型控制器的风力发电变流控制系统，包括变流器(1)、风速测量模块(2)、转速测量模块(3)、上位机(4)和人机界面(5)，其特征在于：还包括新型控制器(6)，所述新型控制器(6)包括进行控制算法运算的主DSP(6.1)、进行故障检测的从DSP(6.2)和用于扩展接口的FPGA(6.3)；所述FPGA(6.3)设置为双口RAM形式与主DSP(6.1)和从DSP(6.2)进行数据交互。

【技术特征摘要】
1.一种设置有新型控制器的风力发电变流控制系统，包括变流器(1)、风速测量模块(2)、转速测量模块(3)、上位机(4)和人机界面(5)，其特征在于：还包括新型控制器(6)，所述新型控制器(6)包括进行控制算法运算的主DSP(6.1)、进行故障检测的从DSP(6.2)和用于扩展接口的FPGA(6.3)；所述FPGA(6.3)设置为双口RAM形式与主DSP(6.1)和从DSP(6.2)进行数据交互。2.根据权利要求1所述的设置有新型控制器的风力发电变流控制系统，其特征在于：所述新型控制器(6)通过FPGA(6.3)的SPI接口使FPGA(6.3)的PWM通道输出数据至变流器(1)。3.根据权利要求2所述的设置有新型控制器的风力发电变流控制系统，其特征在于：所述新型控制器(6)通过主DSP(6.1)的ADC模块采集电网中相关模拟数据、风速测量模块(2)的输出值和转速测量模块(3)的输出值。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：敬照亮，江毅，吴绍运，刘文俊，陈琦，刘翔，张守刚，谭海青，王晋，张先武，莫嘉琳，於志华，
申请(专利权)人：中交第二航务工程勘察设计院有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北,42