新型直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)電池管理裝置的設(shè)計(jì)

摘要采用永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，通過(guò)三相整流橋?qū)L(fēng)速的交流電壓和頻率轉(zhuǎn)換為直流。經(jīng)過(guò)大電感濾波后，直流電壓更加穩(wěn)定，逆變電路逆變到與電網(wǎng)頻率相同的電網(wǎng)。電池作為一種穩(wěn)定的電源和主直流電源，有著悠久的歷史和廣泛的應(yīng)用，與我們的社會(huì)生活息息相關(guān)。因此，對(duì)于電池的正常運(yùn)行、減少應(yīng)用領(lǐng)域的事故、減少財(cái)產(chǎn)損失具有重要意義，具有廣闊的應(yīng)用前景。合理可靠的電池管理和維護(hù)，確保不間斷供電。第一章，緒論：分析研究目的，背景以及研究意義，最終確定研究?jī)?nèi)容。第二章電池管理裝置相關(guān)概念簡(jiǎn)介：簡(jiǎn)述電池管理裝置的相關(guān)概念并簡(jiǎn)要敘述電池管理裝置研究的主要內(nèi)容、重點(diǎn)及難點(diǎn)知識(shí)。第三章電池管理裝置硬件設(shè)計(jì)：對(duì)電池管理裝置硬件設(shè)計(jì)中各功能模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。第四章電池管理裝置軟件設(shè)計(jì)：對(duì)電池管理裝置軟件設(shè)計(jì)中的BMS軟件以及VB界面進(jìn)行敘述。第五章實(shí)驗(yàn)與仿真分析：主要對(duì)蓄電池控制系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)檢測(cè)以及蓄電池SOC估測(cè)。第六章總結(jié)：對(duì)自己的設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)和展望。關(guān)鍵詞：直驅(qū)型；風(fēng)力發(fā)電；電池管理裝置；系統(tǒng)設(shè)計(jì) AbstractUsingpermanentmagnetsynchronouswindgenerator,alternatingcurrentofthevoltageandfrequencychangingwiththewindspeedwillberectifiedasdirectcurrentthroughthethree-phaserectifierbridge,andtheDCvoltageobtainedismorestableafterthelargeinductancefilter,andtheinvertercircuitinversionbecomesthesameastheconstantfrequencypowerafterthegrid.AsastablepowersupplyandthemainDCpowersupply,thebatteryhasalonghistoryandextensiveuse,whichiscloselyrelatedtooursociallife.Therefore,thebatterymanagementdeviceonthenormaloperationofthebattery,reducetheoccurrenceofapplicationareas,reducepropertylosshasanimportantsignificance,theapplicationofabroadprospect.Manageandmaintainthebatteryreasonablyandreliablytoensurethattheequipmenthasanuninterruptiblepowersupply.Thefirstchapter,Introduction:Analysisofresearchpurposes,backgroundandresearchsignificance,andfinallydeterminethecontentofthestudy.ChapterIIIntroductionoftherelatedconceptsofbatterymanagementdevice:therelatedconceptsofbatterymanagementdevicearebrieflydescribedandthemaincontents,emphasesanddifficultknowledgeoftheresearchofbatterymanagementdevicearebrieflynarrated.ChapterIIIHardwaredesignofbatterymanagementdevice:thedesignofeachfunctionmoduleinthehardwaredesignofbatterymanagementdevice.Thefourthchapterisaboutthesoftwaredesignofbatterymanagementdevice:TheBMSsoftwareinthesoftwaredesignofbatterymanagementdeviceandtheVBinterfacearedescribed.ThefifthchapterexperimentsandSimulationanalysis:ThemainbatterycontrolsystemforparameterdetectionandbatterySOCestimation.Thesixthchaptersummarizes:summarizesandlooksforwardtoowndesign.Keywords:directdrivetype;windpower;batterymanagementdevice;systemdesign 目錄TOC\o"1-5"\h\z\uAbstract 4第一章緒論 81.1課題研究背景 81.2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 8第二章相關(guān)技術(shù)概念簡(jiǎn)介 92.1電池管理裝置概述 92.2電池管理裝置設(shè)計(jì)內(nèi)容 122.3電池管理裝置設(shè)計(jì)要求 13第三章電池管理裝置硬件設(shè)計(jì) 143.1硬件設(shè)計(jì)整體方案 143.2BMS硬件設(shè)計(jì) 153.3本章總結(jié) 19第四章電池管理裝置軟件設(shè)計(jì) 204.1軟件設(shè)計(jì)整體方案 204.2BMS軟件設(shè)計(jì) 204.3本章總結(jié) 25第五章直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 255.1雙PWM型變流電路簡(jiǎn)介 255.2雙PWM變流器動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 265.2.1三相靜止坐標(biāo)系(a,b,c)下的數(shù)學(xué)模型 275.2.2兩相靜止坐標(biāo)系（а，β）下的數(shù)學(xué)模型 295.2.3兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（d,q）下的數(shù)學(xué)模型 305.3雙PWM變流器閉環(huán)控制設(shè)計(jì) 315.3.1內(nèi)環(huán)控制 315.3.2外環(huán)控制 33第六章實(shí)驗(yàn)測(cè)試與仿真分析 366.1實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 366.2實(shí)驗(yàn)步驟 376.3實(shí)驗(yàn)分析及總結(jié) 39第七章總結(jié)與展望 397.1總結(jié) 407.2展望 40參考文獻(xiàn) 42致謝 45南昌工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第一章緒論1.1課題研究背景世界能源危機(jī)和環(huán)境退化已成為制約人類社會(huì)發(fā)展的重大問(wèn)題。開(kāi)發(fā)利用可再生清潔能源將成為人類的共識(shí)。風(fēng)力發(fā)電作為一種能夠優(yōu)化大規(guī)模商業(yè)發(fā)展的新型可再生清潔能源，受到了世界各國(guó)的高度重視和空前發(fā)展。直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有高能量轉(zhuǎn)換效率、電網(wǎng)功率控制靈活、安全性和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，已成為雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最重要的研究方向之一。采用直接驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，提高風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍和風(fēng)機(jī)電壓水平，提高風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率。這種風(fēng)力機(jī)有利于提高電壓等級(jí)和調(diào)節(jié)范圍的速度，具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率。新的風(fēng)力渦輪機(jī)在風(fēng)力和風(fēng)力存儲(chǔ)方面具有很好的前景。隨著電力技術(shù)的發(fā)展，研究人員發(fā)現(xiàn)統(tǒng)一的微電網(wǎng)能夠更好地利用分布式電源的供電效率，結(jié)合太陽(yáng)能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)。同時(shí)，微電網(wǎng)中的儲(chǔ)能設(shè)備能夠更好地滿足供需平衡。電池作為一種穩(wěn)定的電源和主直流電源，有著悠久的歷史和廣泛的應(yīng)用，與我們的社會(huì)生活息息相關(guān)。本發(fā)明可以提高電池壽命，提高整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。1.2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀在我國(guó)，在風(fēng)電的開(kāi)發(fā)、改造、運(yùn)輸和利用過(guò)程中，供需量、形式和時(shí)間往往不同。為了彌補(bǔ)這些差異，能源高效利用、儲(chǔ)能與儲(chǔ)能、儲(chǔ)能與釋能、儲(chǔ)能技術(shù)等。電池存儲(chǔ)技術(shù)。它是一種化學(xué)儲(chǔ)能裝置，具有儲(chǔ)存和運(yùn)輸方便的特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于生活和工業(yè)生產(chǎn)中。電池可分為許多類型。目前，鉛酸蓄電池主要采用國(guó)內(nèi)成熟的技術(shù)。然而，由于其壽命短(通常在600-800個(gè)循環(huán)之間)和低能量密度(35-40wh/kg)，其具有低轉(zhuǎn)化效率(約60%)的缺點(diǎn)。(儲(chǔ)能是有限的，儲(chǔ)能是有限的，蓄電池有兩種，一種是鈉硫電池，電池壽命可達(dá)4500倍深循環(huán)，能量密度可達(dá)50wh/kg(模塊化)，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)85%，缺點(diǎn)是槽內(nèi)工作溫度高，有爆炸危險(xiǎn)。另一種是液體釩電池，具有13000倍的深循環(huán)壽命，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)65%~75%，缺點(diǎn)是體積大，這兩種電池已在國(guó)外商品化，而且用途也很廣泛，特別是與風(fēng)、鈉硫電池都是由單個(gè)電池制成的，中科院液體釩電池還完成了不到10kw的樣機(jī)試驗(yàn)。第二章相關(guān)技術(shù)概念簡(jiǎn)介2.1電池管理裝置概述電池管理系統(tǒng)(BATTERYMANAGEMENTSYSTEM，電池管理系統(tǒng))，電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)(BMS)是連接動(dòng)力電池和電動(dòng)汽車的重要環(huán)節(jié)。其主要功能包括電池物理參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、電池狀態(tài)估計(jì)、在線診斷與報(bào)警、充放電與預(yù)充電控制、電池平衡管理與控制。熱量管理等。這兩種電池都存在存儲(chǔ)容量短、壽命短、串并聯(lián)使用、使用安全、電池估算困難等缺點(diǎn)。電池的性能非常復(fù)雜，不同類型電池的特性也有很大不同。電池管理系統(tǒng)(BMS)旨在提高電池的效率，防止電池過(guò)充電和過(guò)放電，延長(zhǎng)電池的使用壽命，監(jiān)控電池的狀態(tài)。隨著電池管理系統(tǒng)的發(fā)展，還將增加其他功能。功能：一般來(lái)說(shuō)，電動(dòng)車電池管理系統(tǒng)具有以下功能:準(zhǔn)確估算動(dòng)力單元組的充電狀態(tài):準(zhǔn)確估算動(dòng)力單元的充電狀態(tài)(充電狀態(tài)，SOC)，即電池剩余容量，確保SOC保持在合理范圍內(nèi)，以防止因過(guò)度充電或?qū)﹄姵卦斐蓳p壞，隨時(shí)預(yù)測(cè)混合動(dòng)力汽車電池的剩余量。能量或儲(chǔ)能電池的充電狀態(tài)。動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)電池的工作狀態(tài):電池充放電過(guò)程，實(shí)時(shí)采集電池組中各電池的端電壓和溫度，充放電電流總電池電壓，以防止電池過(guò)充或過(guò)度放電。同時(shí)能夠及時(shí)給出電池狀態(tài)，選擇故障電池，保持整個(gè)電池運(yùn)行的可靠性和效率，使剩余電量估計(jì)模型成為可能。此外，還應(yīng)建立每個(gè)電池的歷史檔案，為進(jìn)一步優(yōu)化和開(kāi)發(fā)新的電氣、充電器和電機(jī)提供信息，為離線分析系統(tǒng)故障提供依據(jù)。電池和電池組之間的平衡在單個(gè)電池和電池組之間平衡，使得電池中的所有電池處于平衡狀態(tài)。電池平衡一般分為主動(dòng)平衡和被動(dòng)平衡。目前，市場(chǎng)上的BMS大多是被動(dòng)的、平衡的。均衡技術(shù)是當(dāng)今世界電池能量管理系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。相應(yīng)產(chǎn)品：BSB-1XX電動(dòng)車管理系統(tǒng)=直流特性綜合測(cè)試儀+內(nèi)阻測(cè)試儀+自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警儀電動(dòng)車電池在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊：PSB開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)采集模塊開(kāi)發(fā)了數(shù)據(jù)采集模塊內(nèi)阻采集模塊；PSB開(kāi)發(fā)的內(nèi)阻采集模塊是PSB開(kāi)發(fā)的內(nèi)阻采集模塊。采集板:采集電壓、電流、溫度(霍爾)，16位單片機(jī)；主控板:與整車系統(tǒng)通信，控制充電器，采用16位單片機(jī)；彩色液晶顯示屏:采用串行液晶顯示屏，具有觸摸功能，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。系統(tǒng)主要功能：1)容量預(yù)測(cè)SOC:實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)充放電過(guò)程中電池的容量以及電池系統(tǒng)的剩余容量。2)過(guò)電流、過(guò)電壓、溫度保護(hù):當(dāng)電池系統(tǒng)溢出、過(guò)壓、均壓時(shí)，當(dāng)溫度超過(guò)投標(biāo)值時(shí)，可自動(dòng)切斷電池充放電回路，并通知管理系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。3)自動(dòng)充電控制:當(dāng)電池充電小于45%時(shí)，根據(jù)電流電壓需要充電電流，充電停止在70%。4)充電平衡:在充電過(guò)程中，通過(guò)調(diào)整單個(gè)電池的充電電流模式，系統(tǒng)中所有電池的電池端電壓始終保持良好的一致性。5)自檢報(bào)警:自動(dòng)檢查電池功能，及時(shí)判斷電池的有效性。如果系統(tǒng)中存在電池故障或不一致，則通知管理系統(tǒng)發(fā)送警告信號(hào)。6)通信功能:使用CAN總線與車輛管理系統(tǒng)通信。7)參數(shù)設(shè)置:可設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行的各種參數(shù)。8)上位機(jī)管理系統(tǒng):電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)了相應(yīng)的上位機(jī)管理系統(tǒng)。通過(guò)串口讀取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)BMS數(shù)據(jù)的監(jiān)控、數(shù)據(jù)傳輸和電池性能分析。數(shù)據(jù)可以是靈活的接口監(jiān)視器、充電器、報(bào)警裝置、變頻器、電源開(kāi)關(guān)和繼電器。開(kāi)關(guān)等，并且可以與這些設(shè)備一起使用來(lái)操作。技術(shù)指標(biāo)：型號(hào)BMS.EV01BMS.EV02BMS.EV03外形尺寸內(nèi)阻采集模塊：50*170*267mm數(shù)據(jù)采集模塊：38*128*278mm配套方案主從結(jié)構(gòu)，主板可控制4路電壓，從板可檢測(cè)4～6路電壓（可設(shè)計(jì)成一體）主從結(jié)構(gòu)，每個(gè)從控盒可控制31路電壓主從結(jié)構(gòu)，工作電壓范圍(V/DC)8~12V(9~18V)26V(16~28V)12V24V(9~18V)、24V(16~28V)工作溫度范圍(c)-30~80、40數(shù)據(jù)采集/計(jì)算(單電池電壓/溫度/電流/電壓/總SOC估計(jì))數(shù)據(jù)采集/計(jì)算(單電池電壓/溫度/總電壓/電流/絕緣/SOC估計(jì))數(shù)據(jù)采集/(單體/溫度/電流/電壓/總電壓絕緣/SOC估計(jì))通信功能:RS232通信功能，CAN通信/通信狀態(tài)顯示功能、故障等級(jí)報(bào)警功能和控制功能(充放電、加熱、風(fēng)機(jī))。2.2電池管理裝置設(shè)計(jì)內(nèi)容動(dòng)力單元模塊是動(dòng)力單元系統(tǒng)的二次結(jié)構(gòu)之一，它是動(dòng)力電池單體的組合，可以在電路板與殼體串聯(lián)后直接并聯(lián)組合和并聯(lián)保護(hù)動(dòng)力。動(dòng)力電池單體，即核心，分為正極材料，包括氧化鈷鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和鎳鈷錳氧化物。按鐵芯結(jié)構(gòu)可分為圓柱形鐵芯、方形鐵芯和軟包裝，各有明顯的優(yōu)缺點(diǎn)。電池的性能在一定程度上決定著電池模塊的性能，影響著整個(gè)動(dòng)力電池系統(tǒng)的性能。因此，在動(dòng)力電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，必須根據(jù)車輛的設(shè)計(jì)要求選擇鐵芯的材料和形狀。電池結(jié)構(gòu)1。筒形結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn):工藝成熟、生產(chǎn)效率高、工藝控制嚴(yán)格、收率高、芯一致性好。殼體結(jié)構(gòu)成熟，制造成本低。缺點(diǎn):集電體上電流密度分布不均勻，內(nèi)部反應(yīng)程度不同。堆芯產(chǎn)生的熱量難以快速釋放，積聚會(huì)導(dǎo)致電池問(wèn)題。方形結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn):芯體的保護(hù)高度可以通過(guò)減小電池的厚度來(lái)大大提高芯體的安全性能，從而保證內(nèi)部熱量的快速傳遞。缺點(diǎn):外殼在堆芯總重量中所占比例較大，能量密度低，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自動(dòng)化技術(shù)成熟度低。3.軟包裝結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn):外部結(jié)構(gòu)對(duì)芯體影響小，芯體優(yōu)良，包裝材料小，電池能量密度最高。缺點(diǎn):大容量電池密封工藝?yán)щy，可靠性差。復(fù)合膜的機(jī)械強(qiáng)度低，電池壽命受復(fù)合膜壽命的限制。首先，電池系統(tǒng)的容量應(yīng)由電動(dòng)車輛的動(dòng)力需求和動(dòng)力消耗、時(shí)間和各種高壓機(jī)械部件的使用來(lái)確定。然后，在設(shè)計(jì)電池模塊時(shí)，應(yīng)考慮動(dòng)力電池的特性。因?yàn)閯?dòng)力電池的輸出/輸入在不同溫度下改變。容量和輸出性能隨時(shí)間而惡化。電池的性能和選擇既不能滿足低溫加速和爬坡性能，又會(huì)影響電池在老化過(guò)程中的性能。電池模塊由多個(gè)電源芯串聯(lián)而成，包括單芯、固定框架、電連接裝置、溫度傳感器、電壓檢測(cè)電路等。2.3電池管理裝置設(shè)計(jì)要求電池模塊產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本原則如下：（1）電池模塊具有適度的密封，各結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度，防止因電池內(nèi)壓引起的變形或損壞，并嚴(yán)格避免電池在振動(dòng)過(guò)程中的損壞。一些電池需要特殊的單電池固定器；（2）零部件組裝操作方便；（3）設(shè)備使用的電源規(guī)格；（4）金屬外殼電池與單體電池及結(jié)構(gòu)件之間的電絕緣；（5）可根據(jù)電池模塊的設(shè)計(jì)要求設(shè)置緊湊的結(jié)構(gòu)和通風(fēng)通道，以固定電池至（6）的傳熱位置，從而固定電池組件。固定在電源系統(tǒng)或機(jī)器上；（7）輔助部件的重量應(yīng)盡可能低，裝配部件的重量不得超過(guò)電池總重量的30%；（8）電池模塊適合擴(kuò)展，例如5個(gè)單個(gè)電池組的模塊可以擴(kuò)展為10個(gè)電池組件模塊；（9）電池之間的導(dǎo)電性。連接距離盡可能短，連接可靠，連接靈活。導(dǎo)電連接的所有部件的電導(dǎo)率必須滿足電氣設(shè)備所需的最大流量的要求。電動(dòng)車電池模塊中的結(jié)構(gòu)件應(yīng)具有良好的加工性能，易于生產(chǎn)，并可批量生產(chǎn)(模具)，工藝成本低。組裝電池模塊時(shí)，結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單易操作，便于模塊的安裝和拆卸。成本應(yīng)在滿足要求的前提下最小化。應(yīng)遵循以下原則:盡量使用標(biāo)準(zhǔn)零件，如連接器、螺母、螺釘?shù)?。結(jié)構(gòu)件應(yīng)通用且可互換；結(jié)構(gòu)件盡可能成型；在保證剛度和強(qiáng)度的前提下，結(jié)構(gòu)的壁厚盡可能小，以盡量減少材料的使用，盡可能滿足性能要求。使用普通、便宜的材料；結(jié)構(gòu)件應(yīng)具有良好的工藝性和裝配工藝性。第三章電池管理裝置硬件設(shè)計(jì)3.1硬件設(shè)計(jì)整體方案風(fēng)扇控制信號(hào)主要包括開(kāi)關(guān)的輸入信號(hào)、開(kāi)關(guān)的輸出量和模擬量輸入。信號(hào)(如溫度)、頻率信號(hào)(如速度、風(fēng)速等)。根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制要求和被控?cái)?shù)量的特點(diǎn)，確定被控?cái)?shù)量。利用S7-300的資源，S7-300可編程控制器配置如下:.ps307電源模板，輸入電壓120/230vac，提供輸出24VDC電源；cpu315-20p.64kb工作內(nèi)存，加載內(nèi)存集成96KBRAM，最大擴(kuò)展為512kb。MPI接口可與OP7/DP操作面板通信。PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線接口與遠(yuǎn)程中央控制室pc機(jī)通信。.sm321數(shù)字輸入模塊，16點(diǎn)輸入，24VDC；.sm321數(shù)字輸入模塊，32點(diǎn)輸入，24VDC。.sm322數(shù)字輸入模塊，16點(diǎn)輸入，24VDC；.sm331模擬輸入模塊，8路隔離輸入；。智能計(jì)數(shù)模塊FM350-2、8路計(jì)數(shù)測(cè)量任務(wù)可直接連接到24v增量編碼器和NAMUR編碼器，實(shí)現(xiàn)頻率測(cè)量、速度測(cè)量、比較功能和故障中斷處理能力。。CP通信處理器模塊和RS485接口可以實(shí)現(xiàn)PPI通信，并與電力變送器和電網(wǎng)參數(shù)(包括三相電壓、三相電流、有功功率、無(wú)功功率、頻率、功率因數(shù)等)進(jìn)行通信。).上)。OP7/DP鍵盤顯示和操作面板，液晶顯示4行20列，RS232通訊接口，可連接PLC/計(jì)算機(jī)/打印機(jī)。RS485接口可連接PLC或計(jì)算機(jī)，128k字節(jié)，可配置8個(gè)功能鍵(F1-F4、k1-k4)，完成不同的控制任務(wù)。3.2BMS硬件設(shè)計(jì)3.2.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.2.2主電路主回路是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主配電網(wǎng)，主發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的連接，包括無(wú)功補(bǔ)償裝置、電動(dòng)機(jī)、電磁閥、電動(dòng)機(jī)軟并網(wǎng)控制裝置的控制回路。當(dāng)中央控制器PLC發(fā)出控制指令時(shí)，主電路將發(fā)電機(jī)中的每個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接到一個(gè)強(qiáng)大的控制電路，并提供功率較高的功率電平(如交流90v.400v.220v.24v.dc4v)，并將反饋信號(hào)發(fā)送到接觸器、電氣、電源和其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)中央控制PLC。國(guó)家監(jiān)測(cè)。3.2.3晶閘管通用觸發(fā)電路CA6100為保證三相橋式晶閘管主電路的正常運(yùn)行，晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足以下要求:(L)在三相電路中，至少一相晶閘管必須連接到上臂和下臂，否則它將不會(huì)形成電流路徑。(2)為了保證兩個(gè)晶閘管電路同時(shí)開(kāi)始工作導(dǎo)通，并且當(dāng)連接到網(wǎng)絡(luò)控制角較大時(shí)，橋臂和兩個(gè)晶閘管橋臂的不同相位下可以同時(shí)導(dǎo)通，本系統(tǒng)采用脈寬(>60度)觸發(fā)電路。(3)各觸發(fā)電路應(yīng)與電網(wǎng)側(cè)相應(yīng)的電壓側(cè)相序同步。傳統(tǒng)的晶閘管觸發(fā)電路是KC和KJ小規(guī)模集成電路。其基本控制思想是將同步正弦信號(hào)處理后的三相鋸齒波與直流控制信號(hào)進(jìn)行比較，得到相移信號(hào)的參考點(diǎn)。小信號(hào)的干擾會(huì)導(dǎo)致較大的相移誤差，從而影響電路的可靠性和自動(dòng)平衡。CA6100通用三相晶閘管觸發(fā)板完全脫離上述控制思想。它采用鎖相技術(shù)，利用壓控振蕩器(VC0)鎖定的三相同步信號(hào)之間的邏輯關(guān)系設(shè)計(jì)晶閘管觸發(fā)系統(tǒng)。CA6100觸發(fā)電路具有通用性，用于控制晶閘管的柵極延遲觸發(fā)角，實(shí)現(xiàn)移相控制。它在計(jì)算機(jī)、模擬或數(shù)字控制器與大功率主電路之間形成了良好的緩沖接口。一方面保證了控制信號(hào)的可靠有效傳輸，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的控制功能。另一方面，大大減少了主電路對(duì)控制電路的干擾，使計(jì)算機(jī)和控制電路失去了作用。時(shí)間控制可以自動(dòng)保證主電路的安全，提高系統(tǒng)的可靠性。CA6100電路是一種基于CMOS40內(nèi)核的大規(guī)模集成電路(ASIC)晶閘管觸發(fā)系統(tǒng)，采用鎖相環(huán)(PLL)和多芯片(MCM)集成技術(shù)，并基于邏輯關(guān)系在壓控振蕩器(VCO)中鎖定三相同步信號(hào)。0-5v的直流輸入電壓信號(hào)可將輸出脈沖的相移范圍控制在5-175度。計(jì)算機(jī)發(fā)出的數(shù)模信號(hào)控制大功率晶閘管的工作。本發(fā)明通過(guò)改變晶閘管逆變角的大小，可以調(diào)節(jié)逆變器的直流電壓輸入有效值和交流電流有效值。整流器控制其觸發(fā)角以防止直流母線上的電壓過(guò)載。從主電路系統(tǒng)采集的數(shù)字反饋信號(hào)值與給定值的差值，然后通過(guò)數(shù)字PID算法對(duì)0~5v的輸出信號(hào)進(jìn)行電壓增益的三相CA6100晶閘管觸發(fā)電路。電壓值可轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的晶閘管觸發(fā)角，晶閘管觸發(fā)。整流器和逆變器的控制。觸發(fā)電路由相位基準(zhǔn)電路、緩沖放大器、鎖相環(huán)、缺相檢測(cè)與抑制電路、相位序列檢測(cè)、監(jiān)控電路、脈沖放大電路和脈沖放大器組成。其結(jié)構(gòu)原理如圖3-5所示。圖3-5CA6100品閘管觸發(fā)結(jié)構(gòu)原理圖3.2.4主電路的信號(hào)檢測(cè)為了有效地檢測(cè)主電路的輸出電壓和電流，需要對(duì)整流器的直流電壓和電流以及網(wǎng)絡(luò)側(cè)的三相輸出電壓和電流進(jìn)行采樣。在許多實(shí)際系統(tǒng)中，主電路具有較高的電流值。為了便于測(cè)量和控制，需要將大電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成小電流信號(hào)。常見(jiàn)部件有分流器、霍爾電流傳感器和電流互感器。并聯(lián)電路相當(dāng)于一個(gè)大功率采樣電阻，串聯(lián)在主電路中，從整流器兩端輸出小電壓信號(hào)。分流器的額定電流通常為75mV。因此，在輸入和輸出之間沒(méi)有電隔離，并且輸出信號(hào)通常在放大之后被控制?；魻栯娏鱾鞲衅骶哂辛己玫妮斎胼敵鲭姎飧綦x，測(cè)量信號(hào)頻率范圍寬，測(cè)量精度和線性度好，但在正常工作中需要外部直流電壓源，通常為正負(fù)雙電源供電。普通電流互感器原理如圖3-6所示，輸入輸出之間有良好的電氣隔離，在規(guī)定的工作頻率下精度高。額定二次電流一般為5A，少數(shù)為1A、0.5A和0.1a。正常運(yùn)行時(shí)，二次側(cè)接線測(cè)量回路(測(cè)量?jī)x表)或保護(hù)電路(繼電器)運(yùn)行在近似短路狀態(tài)。主要參數(shù)為:1.電流比額定電流比：Kln=Iln/I2n=N2/N12.負(fù)荷和容量額定負(fù)荷一般很小，不超過(guò)幾歐姆。3.額定電壓其誤差ε的計(jì)算公式為：(3-1)式中，K-常數(shù)；-二次繞組內(nèi)阻抗；-二次負(fù)荷阻抗；-二次回路總阻抗；-二次繞組砸數(shù)；-鐵心截面；-鐵心磁導(dǎo)率。圖3-6電流互感器原理圖目前，對(duì)電流反饋信號(hào)的要求不再是5A或1A電流。電壓為0.1v-5V，電流信號(hào)需要轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。它可以通過(guò)電流互感器二次側(cè)的串聯(lián)電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是電阻功率大，降低了電流互感器的額定輸出，輸出電流為mA，減小了電阻容量，大大減小了體積，降低了成本。兩個(gè)負(fù)載阻抗增加導(dǎo)致誤差增加(其它條件保持不變)。根據(jù)誤差公式，為了減小誤差，可以增加兩個(gè)繞組的匝數(shù)，可以選擇高磁導(dǎo)率的磁芯材料，如鐵基非晶合金。實(shí)驗(yàn)表明，測(cè)量電流的線性范圍在5a～250a之間，滿足誤差限制要求。直流側(cè)輸出電壓采用分壓器100:1降壓，霍爾電壓傳感器KV10A/P采集。KV10A/P模塊是一種磁平衡電流傳感器。利用霍爾效應(yīng)，利用磁補(bǔ)償原理使電路與輸出電路絕緣，輸出電流與被測(cè)電壓成正比。兩個(gè)電流采集采用電路串聯(lián)電阻。采樣電阻器使用1/5W的功率電阻器。同時(shí)采用無(wú)極性電容和快速恢復(fù)二極管對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)電抗器放電時(shí)，防止了電壓尖峰，導(dǎo)致控制系統(tǒng)損壞。交流側(cè)輸出電壓采用380v/5V變壓器降壓，實(shí)現(xiàn)主電路與控制系統(tǒng)的隔離。為了檢測(cè)一次電流，選用了電流比為150a/5A的DELIXI型lmzji-0.5系列電流互感器，并通過(guò)調(diào)節(jié)電路與ATmegal6的ADC轉(zhuǎn)換器連接。采樣輸入調(diào)理電路的主要功能是通過(guò)隔離變壓器和控制系統(tǒng)來(lái)隔離采樣反饋的反饋信息，并通過(guò)精密整流電路對(duì)整流器進(jìn)行整流。運(yùn)算放大電路與0-5v穩(wěn)定直流電壓信號(hào)成正比，輸出到MCUADC轉(zhuǎn)換器，可以說(shuō)是信號(hào)調(diào)理電路。傳感器與ADC轉(zhuǎn)換器之間的連接。本設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路示意圖如圖3-7所示。圖3-7交流采樣調(diào)理電路原理圖3.2.5電流不平衡檢測(cè)保護(hù)三相電流不平衡會(huì)導(dǎo)致逆變器并網(wǎng)，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的正常運(yùn)行。因此，必須進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)和保護(hù)。正常情況下，兩個(gè)三相整流后的橋式整流電流互感器(V)輸出的是交流信號(hào)，頻率300Hz疊加在直流電壓上:當(dāng)電流不平衡時(shí)，橋式整流電流互感器將輸出100Hz的頻率信號(hào)。帶通濾波器是僅允許100Hz頻率通過(guò)、濾除DC分量和300Hz頻率信號(hào)的信號(hào)。交流分量相對(duì)較小，因此它被放大并被發(fā)送到帶通濾波器。由于電流信號(hào)幅度很大，所以帶通濾波器的輸出信號(hào)帶有相應(yīng)的直流分量(即低通濾波器的輸出)，以使保護(hù)電路能在較大規(guī)模上工作。避免三相電網(wǎng)電流不平衡流向電網(wǎng)。3.3本章總結(jié)本章主要分析了控制系統(tǒng)在理論和實(shí)踐中的硬件實(shí)現(xiàn)，不僅包括系統(tǒng)控制電路的總體設(shè)計(jì)，還包括局部細(xì)節(jié)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，包括ADC和DAC轉(zhuǎn)換器以及接口電路、傳感器電路和原始硬件電路以及信號(hào)監(jiān)測(cè)。理查德。軟件部分包括數(shù)字PID算法和數(shù)字濾波算法，給出了軟件編程流程圖。

第四章電池管理裝置軟件設(shè)計(jì)4.1軟件設(shè)計(jì)整體方案圖4-1主程序控制流程圖4.2BMS軟件設(shè)計(jì)4.2.1主程序主程序控制風(fēng)電機(jī)組的正常運(yùn)行和安全保護(hù)，包括自動(dòng)或手動(dòng)啟動(dòng)軟啟動(dòng)器、停機(jī)、大/小電機(jī)開(kāi)關(guān)控制、無(wú)功補(bǔ)償電容器投入等子程序。上。其框圖如圖4-1所示。圖4-14.2.2硬件中斷程序選擇具有中斷能力的數(shù)字輸入模塊。當(dāng)硬件檢測(cè)到現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的變化時(shí)(當(dāng)發(fā)生故障時(shí))，執(zhí)行硬件中斷處理程序塊0B40。根據(jù)故障等級(jí)，正常停運(yùn)0B40，安全停運(yùn)或緊急停運(yùn)，確保故障及時(shí)處理。4.2.3定時(shí)中斷程序由于溫度信號(hào)變化緩慢，可定期采集溫度，并可通過(guò)時(shí)間中斷程序?qū)崿F(xiàn)溫度控制和監(jiān)控。4.2.4軟件安全設(shè)計(jì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制軟件設(shè)有三層權(quán)限:最低用戶級(jí)別由風(fēng)電場(chǎng)值班員使用，可查詢風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)顯示、故障顯示、故障記錄、運(yùn)行累計(jì)值等?？煽刂骑L(fēng)力發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)停止和左右偏航。維護(hù)者的高級(jí)維護(hù)層權(quán)限需要密碼。除用戶級(jí)權(quán)限外，還可以修改風(fēng)扇運(yùn)行參數(shù)。設(shè)計(jì)人員使用最高級(jí)別的設(shè)計(jì)，需要最高級(jí)別的密碼來(lái)保護(hù)用戶程序免受非法覆蓋。4.2.5數(shù)字濾波在微機(jī)控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)中，經(jīng)常包含干擾噪聲，干擾噪聲疊加在測(cè)量信號(hào)上，影響測(cè)量精度或影響控制系統(tǒng)的控制和運(yùn)動(dòng)。因此，必須盡可能消除干擾噪聲。噪聲通常包括周期性噪聲和隨機(jī)噪聲，輸入信道通常采用RC低通濾波器來(lái)抑制高頻或高頻的周期性噪聲，而RC濾波網(wǎng)絡(luò)對(duì)周期性和隨機(jī)噪聲的頻率非常低。此時(shí)，111通過(guò)程序計(jì)算和判斷，使用數(shù)字濾波方法和所謂的數(shù)字濾波器來(lái)減小干擾噪聲對(duì)有用信號(hào)的影響。與模擬濾波器相比，它具有以下特點(diǎn):(1)由于濾波器是通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)的，所以不需要增加硬件設(shè)備，成本低，可靠性高，穩(wěn)定性好，并且可以濾除低頻(0.01Hz)等噪聲信號(hào)，這是模擬濾波器難以實(shí)現(xiàn)的。3.通過(guò)改變計(jì)算程序，可以實(shí)現(xiàn)濾波器參數(shù)和濾波器性能的變化，具有靈活性和功能性的優(yōu)點(diǎn)。因此，數(shù)字濾波技術(shù)在微機(jī)控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，濾波方法也很多。有線性濾波方法、非線性濾波方法和統(tǒng)計(jì)濾波方法。線性濾波是一種在時(shí)域、頻域或兩者中對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波的方法。它也是一種廣泛使用的方法，如中值濾波、傅里葉變換濾波、小波變換等。非線性濾波方法是來(lái)自待處理對(duì)象的形狀的信號(hào)濾波(例如，形態(tài)濾波)。采用同態(tài)濾波、分形和統(tǒng)計(jì)濾波方法對(duì)信號(hào)中的各種噪聲進(jìn)行處理，達(dá)到濾波的目的，如Kalman濾波和wier濾波。當(dāng)然，各種方法的滲透和結(jié)合更為頻繁，如基于統(tǒng)計(jì)和小波變換的軟件價(jià)值法。圖4-2數(shù)字濾波程序流程圖本設(shè)計(jì)采用滑動(dòng)平均濾波法。它以隊(duì)列形式將采樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在N個(gè)固定長(zhǎng)度存儲(chǔ)單元中。第一采樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在隊(duì)列頭中，而隊(duì)尾存儲(chǔ)最新采樣數(shù)據(jù)。不需要新的采樣。原始N個(gè)數(shù)據(jù)首先移動(dòng)到隊(duì)列，然后依次丟失。隊(duì)列的第一數(shù)據(jù)和隊(duì)列末端的最新采樣數(shù)據(jù)可以計(jì)算隊(duì)列中N個(gè)數(shù)據(jù)的平均值，并獲得新的數(shù)值平均值。該方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)采樣，每次測(cè)量數(shù)據(jù)只計(jì)算一次，大大提高了測(cè)量數(shù)據(jù)的計(jì)算速度。該方法適用于慢變信號(hào)，并能濾除n-1采樣數(shù)據(jù)引起的突峰。數(shù)字濾波過(guò)程如圖4-2所示。4.3本章總結(jié)本章主要分析了控制系統(tǒng)在理論和實(shí)踐中的硬件實(shí)現(xiàn)，不僅包括系統(tǒng)控制電路的總體設(shè)計(jì)，還包括局部細(xì)節(jié)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，包括ADC和DAC轉(zhuǎn)換器以及接口電路、傳感器電路和原始硬件電路以及信號(hào)監(jiān)測(cè)。理查德。軟件部分包括數(shù)字PID算法和數(shù)字濾波算法，給出了軟件編程流程圖。第五章直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)5.1雙PWM型變流電路簡(jiǎn)介本文討論了直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的功率變換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并以雙PWM變換器電路為研究對(duì)象。直驅(qū)風(fēng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖1-1所示。圖5-1永磁同步電機(jī)直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖電源模塊(脈寬調(diào)制，PWM)接入2個(gè)電源(電壓源轉(zhuǎn)換器，VSC)備用電源，2個(gè)VSC接入電源，備用電源。經(jīng)營(yíng)范圍、經(jīng)營(yíng)范圍、經(jīng)營(yíng)范圍、經(jīng)營(yíng)范圍、經(jīng)營(yíng)范圍、經(jīng)營(yíng)范圍、經(jīng)營(yíng)范圍。我們公司經(jīng)營(yíng)。公司經(jīng)營(yíng)范圍為5~2家，經(jīng)營(yíng)范圍為:圖5-2三相電壓型PWM逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)5.2雙PWM變流器動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型在三相橋的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，交流側(cè)采用三相對(duì)稱非中間連接方式。在該圖中，L表示交流側(cè)濾波器電感的參數(shù)，R是電感中的寄生電阻。圖中的直流電壓源表示電網(wǎng)變換器的直流母線電壓和連接到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的變換器的直流母線電壓。為了建立三相電壓型并網(wǎng)逆變器的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了如下假設(shè):1.凈電動(dòng)勢(shì)是靜態(tài)正弦波電動(dòng)勢(shì)。2.主電路開(kāi)關(guān)元件是理想的無(wú)損耗開(kāi)關(guān)。3.三相參數(shù)是對(duì)稱的。4.網(wǎng)絡(luò)側(cè)的濾波電感L是線性的并且不考慮飽和。在A的情況下，當(dāng)V1波導(dǎo)關(guān)斷時(shí)，直流電源的正極被直接添加到圖中的已知節(jié)點(diǎn)A。當(dāng)V2引出V1時(shí)，直流電源連接到節(jié)點(diǎn)a，同樣的原因可以看出，B和C也根據(jù)上MOS管和下MOS管的V5和V6確定它們的電位。每相的相電壓為正或負(fù)，因此這種結(jié)構(gòu)的逆變器稱為三相二電平逆變器。逆變器輸入直流電壓，逆變器輸出電壓和電流是電網(wǎng)的正弦電壓。通過(guò)對(duì)6個(gè)MOS管V1~V6進(jìn)行適當(dāng)?shù)腜WM控制，可以實(shí)現(xiàn)變換器的輸出電流和電網(wǎng)的電壓相位?；谏鲜黾僭O(shè)，基于三相有源逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和三相電壓源PWM功率開(kāi)關(guān)的變換器原理，利用基爾霍夫電壓電流定律建立了三相有源逆變器的一般數(shù)學(xué)描述。根據(jù)三相橋式電壓變換器的特點(diǎn)，三相橋式電壓變換器可以用開(kāi)關(guān)函數(shù)或占空比來(lái)描述兩種形式，建立通用的數(shù)學(xué)模型。本文對(duì)逆變器控制系統(tǒng)的仿真采用開(kāi)關(guān)函數(shù)描述的數(shù)學(xué)模型，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)函數(shù)描述的數(shù)學(xué)模型是正確的。準(zhǔn)確描述三相橋式電壓變換器的開(kāi)關(guān)過(guò)程更適合于變換器的波形仿真。5.2.1三相靜止坐標(biāo)系(a,b,c)下的數(shù)學(xué)模型為了使開(kāi)關(guān)函數(shù)所描述的電壓逆變器的數(shù)學(xué)模型易于理解，以下定義如下:單極性二值邏輯開(kāi)關(guān)功能；表5-1列出了各開(kāi)關(guān)功能的對(duì)應(yīng)關(guān)系表，變頻器的開(kāi)關(guān)信號(hào)可產(chǎn)生8種狀態(tài)。表5-1各開(kāi)關(guān)函數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系表開(kāi)關(guān)信號(hào)表示的逆變器交流側(cè)電壓和線路電壓見(jiàn)表5-1。采用基爾霍夫電壓定律可以建立三相逆變器各相回路電壓方程為：式中——電網(wǎng)相電壓的幅值；——電網(wǎng)基波角頻率。對(duì)式(2-4)進(jìn)行化簡(jiǎn)，整理得到逆變器三相坐標(biāo)系交流側(cè)數(shù)學(xué)模型的狀態(tài)方程為從(5-5)可以看出，三相電路彼此獨(dú)立，即三相電壓逆變器是線性解耦系統(tǒng)。通過(guò)改變交流電來(lái)調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓來(lái)控制逆變器，通過(guò)調(diào)節(jié)輸出電壓的幅值和相位，可以調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓的基波電壓和相位。為了達(dá)到控制的目的，數(shù)學(xué)模型具有直觀明確的物理意義，但其缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的。在該數(shù)學(xué)模型中，時(shí)變流量不利于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，因此可以將其轉(zhuǎn)化為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，并將通信流轉(zhuǎn)化為直線流，從而實(shí)現(xiàn)控制。耦合。5.2.2兩相靜止坐標(biāo)系（а，β）下的數(shù)學(xué)模型坐標(biāo)變換通?？煞譃閮煞N:一是“相等”坐標(biāo)變換，即2/3變換，是變換前后相同的一般矢量；第二種“等功率”變換或變換是坐標(biāo)變換前后的恒功率。本文在等功率坐標(biāo)系下建立了該模型。類型。在(a，B，c)與坐標(biāo)系之間的變換中，選擇相a的相繞組的軸作為軸，通過(guò)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度獲得軸的方向。坐標(biāo)系(a，B，c)的部件位于部件和部件之間，并且坐標(biāo)系(a，B，c)的部件和部件之間存在以下關(guān)系。根據(jù)坐標(biāo)變換關(guān)系和模塊化(2-5)，將三相靜止坐標(biāo)變量代入5-7、三相有源逆變交流狀態(tài)方程的數(shù)學(xué)模型中的兩相靜止坐標(biāo)。從公式(5~8)可以看出，雖然交流逆變器在β坐標(biāo)系中的狀態(tài)方程是解耦的，但變量是時(shí)變的交換容量，因此有必要將其轉(zhuǎn)換為基頻同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系和電網(wǎng)。5.2.3兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（d,q）下的數(shù)學(xué)模型在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，坐標(biāo)軸的分量是靜態(tài)的、直流的，因此可以簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。如果同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系初始時(shí)，d軸采用兩相靜止坐標(biāo)系，且在q軸上逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)?0度，則d軸和q軸可分為有效分量和響應(yīng)分量。通過(guò)這種方式，可以獨(dú)立地控制活性組分和反應(yīng)組分。根據(jù)瞬時(shí)無(wú)功功率理論，旋轉(zhuǎn)框架DQ中的d軸在電網(wǎng)電壓矢量方向上從靜態(tài)坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換是時(shí)間的函數(shù)。β坐標(biāo)系與DQ標(biāo)定系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下:式中,——dq坐標(biāo)系中的變量；,——αβ坐標(biāo)系中的變量；ω——電網(wǎng)基波角頻率。結(jié)合（5-8）和（5-10），可以得到dq坐標(biāo)系下的三相逆變器的狀態(tài)方程：上式整理得：5.3雙PWM變流器閉環(huán)控制設(shè)計(jì)5.3.1內(nèi)環(huán)控制雙PWM變換器的VSC控制由內(nèi)部和外部雙電路控制。每個(gè)外環(huán)根據(jù)VSC實(shí)現(xiàn)的控制功能控制VSC網(wǎng)側(cè)的輸出電流和分量值。內(nèi)部環(huán)路控制用于控制VSC輸出的調(diào)制電壓。通過(guò)對(duì)調(diào)制電壓基波分量的精確控制，外環(huán)控制輸出的電流參考值快速跟蹤VSC交流側(cè)的電流和實(shí)際輸出電流分量。背靠背VSC系統(tǒng)是一個(gè)五階非線性耦合系統(tǒng)，其中控制量作為狀態(tài)變量；當(dāng)給定控制時(shí)，可以確定一組狀態(tài)變量。然而，可以看出，D軸和q軸的電流分量是耦合的，只有D軸和q軸的負(fù)反饋控制不能消除D軸和q軸之間的電流耦合。因此，如何解耦和實(shí)現(xiàn)解耦控制將是雙PWM變換器內(nèi)環(huán)控制的核心。如圖5-2所示，VSC1是一個(gè)例子。D、q軸電流受D、q軸耦合電壓分量及電網(wǎng)電壓和電網(wǎng)電壓的影響，但控制量(=)和(=)除外。為了消除這些影響，通過(guò)式(1)Ud1和引入VSC1Uq1的電網(wǎng)側(cè)D、電流和電網(wǎng)電壓q軸，建立可以抵消這些耦合控制分量的綜合控制，從而實(shí)現(xiàn)D和q軸的電流解耦控制，并消除電網(wǎng)電壓對(duì)2個(gè)電流分量的干擾控制。引入的控制量為電流反饋和電壓前饋補(bǔ)償。公式:電網(wǎng)有功電流和無(wú)功電流的VSC1參考值。PI調(diào)節(jié)器用于實(shí)現(xiàn)變換器輸出電流對(duì)目標(biāo)電流的精確跟蹤。替換方案(5)可以替換(1)從公式(6)可以看出，電流狀態(tài)反饋可以被引入以實(shí)現(xiàn)對(duì)D軸和q軸電流的獨(dú)立控制，使得電流控制呈現(xiàn)簡(jiǎn)單的一階慣性環(huán)節(jié)。網(wǎng)絡(luò)電壓前饋補(bǔ)償可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。圖2顯示了電流內(nèi)環(huán)控制原理。圖5-3電流內(nèi)環(huán)控制原理5.3.2外環(huán)控制（1）直流電壓恒定控制雖然雙PWM變換器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用不同，但外環(huán)控制策略不同，但雙PWM變換器的外環(huán)控制主要用于實(shí)現(xiàn)2VSC并聯(lián)直流母線電壓恒定控制，在給定參考電壓下，VSC交流側(cè)的輸出電壓動(dòng)態(tài)變化。根據(jù)給定的參考功率動(dòng)態(tài)控制VSC輸入和輸出的有功功率和無(wú)功功率。為了保持恒定的直流電壓，雙PWM變換器的有效功率平衡需要流入和流出以保持恒定的直流電壓，而忽略了雙PWM變換器中VSC的功率損耗。根據(jù)公式(4)，對(duì)于VSC1側(cè)，需要控制VSC1柵極側(cè)的d軸電流。該元件是恒定的，因此使用直流電壓誤差來(lái)控制PI。d軸電流分量的參考值為。圖3-2給出了外環(huán)控制原理的參考輸入和VSC1的控制量，以實(shí)現(xiàn)恒定直流電壓控制。從圖中可以看出，VSC1在實(shí)現(xiàn)直流電壓恒定控制的同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)無(wú)功調(diào)節(jié)。圖5-4定直流電壓控制原理（2）交流電壓跟蹤控制由于雙PWM變換器在實(shí)現(xiàn)VSC的控制功能時(shí)并聯(lián)一個(gè)恒定的直流母線電壓控制，這樣當(dāng)另一個(gè)變換器實(shí)現(xiàn)交流電壓跟蹤控制時(shí)，變換器就可以等效于逆變器。為了提高逆變器輸出電壓的電壓質(zhì)量，濾波電容器組通常放置在電網(wǎng)側(cè)。此時(shí)，等效逆變器的數(shù)學(xué)模型為。來(lái)自逆變器輸出的d和Q輸出電壓和電流。交流電壓的角頻率為VSC輸出。外環(huán)電流控制方程可由公式(8)獲得。圖5-5是VSC交流側(cè)電壓跟蹤的控制原理圖。交流電壓跟蹤控制包括交流電壓控制的范圍和頻率。電壓幅值控制主要通過(guò)電壓閉環(huán)反饋控制實(shí)現(xiàn)。在d-q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，逆變器的輸出交流電壓d、q分量值和實(shí)際輸出電壓輸入是PI調(diào)節(jié)器的輸入。PI調(diào)節(jié)器的輸出與電壓狀態(tài)反饋和電流擾動(dòng)前饋補(bǔ)償解耦，形成電流內(nèi)環(huán)D和q軸電流分量的參考值。確定要調(diào)整的交流電壓的頻率。圖5-5定交流電壓控制原理（3）功率跟蹤控制采用穩(wěn)態(tài)逆模型設(shè)計(jì)了有功功率控制器和無(wú)功功率控制器，分別給出了有功電流和無(wú)功電流的估計(jì)值。動(dòng)態(tài)跟蹤輸入輸出功率的控制原理如圖5所示。從圖5可以看出，在PI調(diào)節(jié)之后，有功功率指令值的誤差被轉(zhuǎn)換為正確的量，并且其被添加到預(yù)測(cè)逆模型輸出的值作為有功功率電流的參考值。圖5-6定功率控制原理同樣，無(wú)功功率和無(wú)功功率指令值之間的偏差由PI調(diào)節(jié)，并且校正后的轉(zhuǎn)換和逆模型輸出的估計(jì)值用作無(wú)功電流iqref的參考值。將有功功率控制器和無(wú)功功率控制器相結(jié)合，改善了控制器的響應(yīng)特性，消除了靜態(tài)誤差。采用雙PWM變換器內(nèi)環(huán)電流跟蹤控制和外環(huán)直流電壓恒定，給定交流電壓跟蹤和動(dòng)態(tài)功率調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了雙PWM變換器在FPC、HVDC輸電和UPFC中的應(yīng)用。例如，在FPC中，VSC1可以連接到網(wǎng)格。通過(guò)控制直流側(cè)母線的電壓、無(wú)功功率和無(wú)功功率，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與FPC的功率平衡和FPC的單位功率因數(shù)。同時(shí)，VSC2與儲(chǔ)能電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)連接，符合FPC控制系統(tǒng)中三相轉(zhuǎn)子電壓的參考指令和輸出。各相繞組的勵(lì)磁電壓和勵(lì)磁電流可實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，實(shí)現(xiàn)FPC功率的四象限調(diào)節(jié)。采用雙PWM變換器構(gòu)成了一個(gè)多端變結(jié)構(gòu)直流輸電系統(tǒng)。VSC1可作為直流輸電的發(fā)射端，與分布式電源或電網(wǎng)連接，VSC2可作為直流輸電的終端。為了連接無(wú)源負(fù)載，通過(guò)控制vsc2me、雙PWM變換器VSC1并聯(lián)系統(tǒng)的交流電壓和直流母線電壓，匹配分布式電源電壓，實(shí)現(xiàn)有功功率平衡，分別對(duì)交流電壓進(jìn)行負(fù)載側(cè)電壓質(zhì)量和恒功率控制。系統(tǒng)可形成UFPC來(lái)調(diào)節(jié)線路功率，并聯(lián)VSC1控制節(jié)點(diǎn)電壓和直流母線電壓，VSC2采用恒有功功率和無(wú)功功率控制來(lái)改變有功和無(wú)功潮流線路，從而實(shí)現(xiàn)控制趨勢(shì)的目的。第六章實(shí)驗(yàn)測(cè)試與仿真分析6.1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)任何控制系統(tǒng)都有三個(gè)基本要求:穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和速度。為了滿足無(wú)超調(diào)、抗干擾能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)性和快速響應(yīng)的要求，控制系統(tǒng)的框圖包括電壓和電流采樣單元、晶閘管觸發(fā)“分組電路、信號(hào)調(diào)制電路和低電平通濾波器”。系統(tǒng)啟動(dòng)后，電壓電流檢測(cè)單元隔離主電路和信號(hào)調(diào)理電路的直流電壓和交流電流信號(hào)。CA6100觸發(fā)電路可在5~175度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)三相晶閘管的導(dǎo)通角，隔離驅(qū)動(dòng)放大電路可觸發(fā)晶閘管實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)。穩(wěn)定控制?？刂齐娐分饕刂凭чl管逆變器的逆變器角度，調(diào)節(jié)直流母線上的電壓值，使其穩(wěn)定。將逆變器的直流側(cè)反饋電壓與給定電壓信號(hào)進(jìn)行比較。當(dāng)母線電壓高于給定值時(shí)，逆變器角增大，電網(wǎng)電流增大，母線電壓減小，而母線電壓減小。當(dāng)電壓低于給定值時(shí)，逆變器角減小，電壓升高，母線電壓穩(wěn)定在給定值?？刂品椒ú捎迷隽渴綌?shù)字PID控制。整流部分主要是控制母線電壓而不是負(fù)荷，即當(dāng)風(fēng)速過(guò)大時(shí)，發(fā)電機(jī)電壓過(guò)大。此時(shí)，應(yīng)增大整流器的整流角，以降低母線電壓，防止母線電壓過(guò)載。6.2實(shí)驗(yàn)步驟為了有效地檢測(cè)主電路的輸出電壓和電流，需要對(duì)整流器的直流電壓和電流以及網(wǎng)絡(luò)側(cè)的三相輸出電壓和電流進(jìn)行采樣。在許多實(shí)際系統(tǒng)中，主電路具有較高的電流值。為了便于測(cè)量和控制，需要將大電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成小電流信號(hào)。常見(jiàn)部件有分流器、霍爾電流傳感器和電流互感器。并聯(lián)電路相當(dāng)于一個(gè)大功率采樣電阻，串聯(lián)在主電路中，從整流器兩端輸出小電壓信號(hào)。分流器的額定電流通常為75mV。因此，在輸入和輸出之間沒(méi)有電隔離，并且輸出信號(hào)通常在放大之后被控制。霍爾電流傳感器具有良好的輸入輸出電氣隔離，測(cè)量信號(hào)頻率范圍寬，測(cè)量精度和線性度好，但在正常工作中需要外部直流電壓源，通常為正負(fù)雙電源供電。普通電流互感器原理如圖3-6所示，輸入輸出之間有良好的電氣隔離，在規(guī)定的工作頻率下精度高。額定二次電流一般為5A，少數(shù)為1A、0.5A和0.1a。正常運(yùn)行時(shí)，二次側(cè)接線測(cè)量回路(測(cè)量?jī)x表)或保護(hù)電路(繼電器)運(yùn)行在近似短路狀態(tài)。主要參數(shù)為:1.電流比額定電流比：Kln=Iln/I2n=N2/N12.負(fù)荷和容量額定負(fù)荷一般很小，不超過(guò)幾歐姆。3.額定電壓其誤差ε的計(jì)算公式為：(6-1)式中，K-常數(shù)；-二次繞組內(nèi)阻抗；-二次負(fù)荷阻抗；-二次回路總阻抗；-二次繞組砸數(shù)；-鐵心截面；-鐵心磁導(dǎo)率。圖6-1電流互感器原理圖目前，對(duì)電流反饋信號(hào)的要求不再是5A或1A電流。電壓為0.1v-5V，電流信號(hào)需要轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。它可以通過(guò)電流互感器二次側(cè)的串聯(lián)電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是電阻功率大，降低了電流互感器的額定輸出，輸出電流為mA，減小了電阻容量，大大減小了體積，降低了成本。兩個(gè)負(fù)載阻抗增加導(dǎo)致誤差增加(其它條件保持不變)。根據(jù)誤差公式，為了減小誤差，可以增加兩個(gè)繞組的匝數(shù)，可以選擇高磁導(dǎo)率的磁芯材料，如鐵基非晶合金。實(shí)驗(yàn)表明，測(cè)量電流的線性范圍在5a～250a之間，滿足誤差限制要求。直流側(cè)輸出電壓采用分壓器100:1降壓，霍爾電壓傳感器KV10A/P采集。KV10A/P模塊是一種磁平衡電流傳感器。利用霍爾效應(yīng)，利用磁補(bǔ)償原理使電路與輸出電路絕緣，輸出電流與被測(cè)電壓成正比。兩個(gè)電流采集采用電路串聯(lián)電阻。采樣電阻器使用1/5W的功率電阻器。同時(shí)采用無(wú)極性電容和快速恢復(fù)二極管對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)電抗器放電時(shí)，防止了電壓尖峰，導(dǎo)致控制系統(tǒng)損壞。交流側(cè)輸出電壓采用380v/5V變壓器降壓，實(shí)現(xiàn)主電路與控制系統(tǒng)的隔離。為了檢測(cè)一次電流，選用了電流比為150a/5A的DELIXI型lmzji-0.5系列電流互感器，并通過(guò)調(diào)節(jié)電路與ATmegal6的ADC轉(zhuǎn)換器連接。采樣輸入調(diào)理電路的主要功能是通過(guò)隔離變壓器和控制系統(tǒng)來(lái)隔離采樣反饋的反饋信息，并通過(guò)精密整流電路對(duì)整流器進(jìn)行整流。運(yùn)算放大電路與0-5v穩(wěn)定直流電壓信號(hào)成正比，輸出到MCUADC轉(zhuǎn)換器，可以說(shuō)是信號(hào)調(diào)理電路。傳感器與ADC轉(zhuǎn)換器之間的連接。本設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路示意圖如圖3-7所示。圖6-2交流采樣調(diào)理電路原理圖6.3實(shí)驗(yàn)分析及總結(jié)正常情況下，兩個(gè)三相整流后的橋式整流電流互感器(V)輸出的是交流信號(hào)，頻率300Hz疊加在直流電壓上:當(dāng)電流不平衡時(shí)，橋式整流電流互感器將輸出100Hz的頻率信號(hào)。帶通濾波器是僅允許100Hz頻率通過(guò)、濾除DC分量和300Hz頻率信號(hào)的信號(hào)。交流分量相對(duì)較小，因此它被放大并被發(fā)送到帶通濾波器。由于電流信號(hào)幅度很大，所以帶通濾波器的輸出信號(hào)帶有相應(yīng)的直流分量(即低通濾波器的輸出)，以使保護(hù)電路能在較大規(guī)模上工作。避免三相電網(wǎng)電流不平衡流向電網(wǎng)。第七章總結(jié)與展望7.1總結(jié)詳細(xì)介紹了基于ATmega16單片機(jī)的變頻控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。晶閘管逆變器主電路基于三相晶閘管電路拓?fù)?，三相晶閘管逆變器輸入到三相晶閘管整流器、平波電抗器、三相晶閘管逆變器和變壓器、三相晶閘管三相隔離變壓器與電網(wǎng)連接。晶閘管換流器控制系統(tǒng)采用ATmegal6作為控制器，CA6100晶閘管通用觸發(fā)板作為三相晶閘管電路的觸發(fā)脈沖電路，實(shí)現(xiàn)了逆變器的閉環(huán)控制。主要工作是完成以下幾個(gè)方面:介紹了諧波分析與補(bǔ)償?shù)脑?、發(fā)展現(xiàn)狀、控制方法、電磁兼容及工程問(wèn)題。對(duì)晶閘管逆變器的主電路進(jìn)行了深入研究。分析了主電路的工作原理、參數(shù)設(shè)計(jì)以及控制系統(tǒng)的工作原理。完成了基于atmega16單片機(jī)的晶閘管逆變控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和PCB板制作，包括電壓電流信號(hào)采樣電路、ADC轉(zhuǎn)換電路、D/A轉(zhuǎn)換電路等功能模塊，并分別介紹了各個(gè)模塊的功能，以及各個(gè)模塊的軟件編程。最后，對(duì)晶閘管有源逆變器進(jìn)行了諧波分析和補(bǔ)償。7.2展望由于我的知識(shí)水平有限，晶閘管變頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有許多改進(jìn)。在硬件設(shè)計(jì)中，可以采用較高精度的采樣電路，使控制系統(tǒng)更加精確，判斷逆變器的運(yùn)行狀態(tài)，提高控制系統(tǒng)的控制精度。逆變器輸出的濾波裝置可以采用有源濾波器，電流接近正弦波逆變器，可以采用無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，進(jìn)一步提高了逆變器的功率因數(shù)，使逆變器的優(yōu)良性能更加穩(wěn)定。還應(yīng)在以下方面改進(jìn)該系統(tǒng):1.應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)穩(wěn)定主電路和控制電路的能力。2.主芯片可以升級(jí)為DSP，使系統(tǒng)運(yùn)行速度更快，系統(tǒng)更穩(wěn)定。3.諧波和無(wú)功補(bǔ)償電路可以采用有源電力濾波器來(lái)提高輸出電能質(zhì)量。參考文獻(xiàn)[1]陳西寅，夏先鋒，廖勇，黃嵩；含飛輪儲(chǔ)能單元的永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)低電壓穿越控制策略[J]；電力系統(tǒng)自動(dòng)化；2012年13期[2]彭偉，劉海濤，薛宇，周杰，安中全；基于釩電池?超級(jí)電容混合儲(chǔ)能技術(shù)的永磁同步風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力提升研究[J]；電網(wǎng)技術(shù)；2014年11期.[3]任永峰，胡宏彬，尹柏清，陳明軒；基于儲(chǔ)能系統(tǒng)提升直驅(qū)風(fēng)電低電壓穿越能力[J]；電源技術(shù)；2015年10期.[4]馬玲玲，岳有軍；儲(chǔ)能型直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)低電壓穿越能力研究[J]；電工文摘；2013年02期.[5]馬玲玲，岳有軍；儲(chǔ)能型直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)低電壓穿越能力研究[J]；大電機(jī)技術(shù)；2012年06期.[6]楊俊華，陳凱陽(yáng)，王秋晶；永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)低電壓穿越方法綜述[J]；陜西電力；2014年11期.[7]張友鵬；鋒陽(yáng)，董唯光；永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)低電壓穿越能力仿真[J]；電源技術(shù)；2013年09期.[8]易韻嵐，黃守道，劉靜佳；永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)的低電壓穿越控制策