新型永磁直驱风力发电主控系统研究

陈 亚

（扬州德云电气设备集团有限公司，江苏 扬州 225100）

中国是能源消耗大国，目前仅次于美国成为世界第二个能源消费国，另一方面清洁燃料的供给能力密切关系着国民经济的可持续性发展，是国家战略安全保障的基础之一。在实际风力发电系统中，随着直接驱动技术的发展，无齿轮箱直驱式全功率变流技术的风电得到广泛的应用，能减小风力机组故障，增加了系统的可靠性和寿命。但是全功率变换器的控制要求随着提升供电质量、系统运行安全可靠等要求提高而提高，文章针对常见双DSP 控制结构复杂问题开展了永磁直驱风力发电系统主控结构优化设计。

1 常见双DSP 控制结构

对于用于永磁同步直驱风力发电系统全功率变换器一般为双PWM 变换器，分别工作在整流与逆变状态以实现并网同步和最大功率跟踪等被控目标。因此一块DSP 被用来控制连接电机侧的机侧变换器实现最大功率跟踪及直流母线电压稳定控制，一块DSP 控制连接电网侧的网侧变换

器实现同步并网与高质量供电目标。由于两个DSP 分别控

制对应目标，因此会将原本一体的控制机组的关联性及抗干扰性能有所下降，同时主控板结构复杂。

2 主从式控制结构设计

为解决上述问题，提出主控板结构为由以TMS320F28 335 为核心的单DSP 控制芯片，配备西门子S7-300PLC 作为辅助控制器的结构策略。风电系统的主控DSP 重心主要放在处理控制算法运算，通过S7-300PLC 进行数据采集处理与风电机组的辅助控制，同时利用其扩展了I/O 接口。在简化主控制结构的前提下进一步提高风电机组功率变换器的高效可靠控制，满足系统功率调节、系统保护等要求。

3 仿真结果

本文以5MW 永磁直驱风力发电机组为控制对象进行系统仿真，主控结构采取本文设计的主从式控制方式，仿真结果如图2～图5。见本控制结构下风电系统的动态性能好，抗干扰性较强。

图1

图2 并网运行时并网瞬间电网A 相电压与电流波形

图3 独立负载运行时运行有功功率变化波形

图4 并网运行时不同风速下功率转速曲线

图5 电网A 相电压跌落20%时，相电压和相电流波形

从上图可以看出，系统能实现并网运行与独立负载运行，并网过程平滑，实现了不同风速下的最大功率跟踪控制。当电网电压发生跌落时，再采用本文优化设计的主控结构控制下的风电机组实现了低电压穿越与不间断运行。可