双馈风电变流器机侧变换器制造技术

一种双馈风电变流器机侧变换器，涉及风力发电技术领域，包括：ＩＰＭ单元、采样信号调理电路、光电隔离电路、霍尔传感器和ＤＳＰ电路，ＩＰＭ单元连接霍尔传感器，霍尔传感器连接采样信号调理电路，采样信号调理电路连接ＤＳＰ电路，ＤＳＰ电路连接光纤驱动电路，光电隔离电路连接ＩＰＭ单元。本实用新型专利技术实现了控制双馈电机的高性能变速恒频运行，变换电路与控制电路独立设计，完全隔离，并具有绝缘等级高，操作安全的优点。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及风力发电
，具体涉及双馈风电变流器的机侧变换器。
技术介绍
随着经济和社会的不断发展，各国对能源的需求持续增长。风能作为一种 清洁可 再生能源，受到了世界各国的高度重视。自1990年以来，风力发电技术得到了飞速发展，全 球风力发电累计装机容量平均每年增长超过20%。根据世界风能委员会的统计数据，仅在 2006年，全球风力发电能力就比上年增长了 25. 61%，达到74. 223GW ；到2010年，预计全球 风能发电能力将再翻一番，达到149. 5GW在欧洲风能协会和绿色和平组织签署的《风力12》 报告指出，至2020年全球的风力发电装机容量将达到1200GW，风力发电量将占全球发电总 量的12%。由此可见，风能已不再是一种可有可无的补充能源，风力发电作为最具有商业化 发展前景的新兴产业，已经成为解决世界能源问题不可或缺的重要力量。
技术实现思路
双PWM双馈变流器是由两个背靠背连接的电压型PWM变换器构成的交_直-交 (AC-DC-AC)变换器，靠近电网一侧的称为网侧变换器，靠近双馈电机转子一侧的称为机侧 变换器。网侧变换器(AC-DC)是一个三相电压型PWM高功率因数整流器，为机侧变换器提 供恒定的直流电压；而机侧变换器则是一个电压源逆变器(DC-AC)，通过转子向双馈电机 提供交流励磁(当电机运行在同步转速以下时)。机侧变换器以实现双馈电机的高性能变速恒频运行控制为目标。为达到上述目 的，本技术专利的技术方案如下一种双馈风电变流器机侧变换器，包括IPM单元、采样信号调理电路、光电隔离 电路、霍尔传感器和DSP电路，IPM单元连接霍尔传感器，霍尔传感器连接采样信号调理电 路，采样信号调理电路连接DSP电路，DSP电路连接光纤驱动电路，光电隔离电路连接IPM单 元。所述的IPM单元包括三组IGBT桥臂、六个续流二极管、直流母线电容和三相电感，三相 电感分别连接三组IGBT桥臂，每组IGBT桥臂分别连接两个续流二极管，直流母线电容和三 组IGBT桥臂并联。所述的DSP电路采用TMS320F2812芯片。本技术具有这样一些技术特点DSP电路采用了 TI公司TMS320F2812 DSP作为核心处理芯片，提高了系统的控制 精度和实时响应速度控制电路与IGBT驱动电路之间采用光纤传送信号技术，避免了强弱 电之间的相互干扰，有效防止了电磁干扰的介入。本技术实现了控制双馈电机的高性 能变速恒频运行，变换电路与控制电路独立设计，完全隔离，并具有绝缘等级高，操作安全 的优点。附图说明图1为本技术的结构原理框图；图2为机侧变换器的主电路图； 图3为采样信号调理电路图； 图4为光电隔离电路图； 图5为本技术软件控制流程其中1、IPM单元，2、霍尔传感器，3、采样信号调理电路，4、光电隔离电路，5、DSP电具体实施方式以下结合附图1至附图5对本专利作更详细的描述一种双馈风电变流器机侧变换器，包括IPM单元、采样信号调理电路、光电隔离 电路、霍尔传感器和DSP电路，IPM单元连接霍尔传感器，霍尔传感器连接采样信号调理电 路，采样信号调理电路连接DSP电路，DSP电路连接光纤驱动电路，光电隔离电路连接IPM单 元。所述的IPM单元包括三组IGBT桥臂、六个续流二极管、直流母线电容和三相电感，三相 电感分别连接三组IGBT桥臂，每组IGBT桥臂分别连接两个续流二极管，直流母线电容和三 组IGBT桥臂并联。所述的DSP电路采用TMS320F2812芯片。在软件控制上采用电网电压定向矢量控制。电网电压定向矢量控制先将各物理量 通过坐标变换由三相静止(a，b，c)坐标系变换到两相静止垂直(α，β)坐标系，再由两相 静止垂直(α，β)坐标系变换到两相同步旋转(d，q)坐标系；将(d，q)同步旋转坐标系的 d轴按电网电压矢量E定向。其工作原理为系统上电后，霍尔传感器首先将IPM单元的电压、电流信号采集到 并送至采样信号调理电路，如图1、图3所示。由于采样电路的信号输出范围为-3V至3V之 间，并且通常中间还夹杂着一些对控制不利的干扰信号，因此，信号调理电路的第一级运算 放大器首先便是滤除这些干扰信号。另外，DSP内部的A/D转换电路所要求的信号输入范 围为0至3V，因此，调理电路的第二级运放将_3至3V的采样信号变为-1. 5V至1. 5V，再经 过1. 5V的基准源抬高到0至3V之后，送入DSP内部的A/D转换电路。本系统中选用的TI公司的TMS320F2812系列DSP，其内部的ADC模块是一个12位 带流水线的模/数转换器，共有16个ADC通道，自动排序功能支持16通道独立循环自动转 换，16个结果寄存器存放ADC转换的结果，供软件使用。软件读取采回的电网电压矢量值 并进行坐标变换后，利用软件锁相环进行锁相，如图4所示。之后，软件对电网电压的Q轴 分量进行闭环控制，并在此过程中根据Q轴分量的控制偏差不断地对电网电压相位进行校 正，直到电网电压的Q轴分量已接近于0，再重新进行Park变换、PI调节及Park逆变换，最 后进行空间矢量PWM波形的计算输出。为避免强弱电之间的相互干扰，有效防止电磁干扰的介入，控制电路与IGBT驱动 电路之间采用了光纤传送信号技术，又由于PWM信号较为微弱，难以驱动多路光纤，为此， 我们设计了光电隔离电路，并选取了 SN75372D作为专门的驱动处理芯片，如图3所示。另 外，从图中可以看到为了有效反映IGBT故障(如过压、过流、过温等)时的指示，及时的保 护IGBT不受损坏，系统还设计了故障返回信号。即当IGBT发生故障后，IGBT驱动电路会 产生一个故障信号，此信号通过光纤传至光电隔离电路，最后给出故障信号1ERR0R。权利要求一种双馈风电变流器机侧变换器，包括IPM单元、采样信号调理电路、光电隔离电路、霍尔传感器和DSP电路，其特征在于IPM单元连接霍尔传感器，霍尔传感器连接采样信号调理电路，采样信号调理电路连接DSP电路，DSP电路连接光纤驱动电路，光电隔离电路连接IPM单元。2.根据权利要求1所述的一种双馈风电变流器机侧变换器，其特征在于所述的IPM 单元包括三组IGBT桥臂、六个续流二极管、直流母线电容和三相电感，三相电感分别连接 三组IGBT桥臂，每组IGBT桥臂分别连接两个续流二极管，直流母线电容和三组IGBT桥臂 并联。3.根据权利要求1所述的一种双馈风电变流器机侧变换器，其特征在于所述的DSP 电路采用TMS320F2812芯片。专利摘要一种双馈风电变流器机侧变换器，涉及风力发电
，包括IPM单元、采样信号调理电路、光电隔离电路、霍尔传感器和DSP电路，IPM单元连接霍尔传感器，霍尔传感器连接采样信号调理电路，采样信号调理电路连接DSP电路，DSP电路连接光纤驱动电路，光电隔离电路连接IPM单元。本技术实现了控制双馈电机的高性能变速恒频运行，变换电路与控制电路独立设计，完全隔离，并具有绝缘等级高，操作安全的优点。文档编号H02M7/5387GK201774476SQ201020504848公开日2011年3月23日 申请日期2010年8月26日 优先权日2010年8月26日专利技术者何秀成, 刘宗凡, 刘畅, 周维来, 孙业福, 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双馈风电变流器机侧变换器，包括：ＩＰＭ单元、采样信号调理电路、光电隔离电路、霍尔传感器和ＤＳＰ电路，其特征在于：ＩＰＭ单元连接霍尔传感器，霍尔传感器连接采样信号调理电路，采样信号调理电路连接ＤＳＰ电路，ＤＳＰ电路连接光纤驱动电路，光电隔离电路连接ＩＰＭ单元。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙业福，周维来，何秀成，刘畅，郑文英，刘宗凡，
申请(专利权)人：哈尔滨九洲电气股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：93[中国|哈尔滨]