一種基于dsp的風(fēng)電系統(tǒng)分岔控制器及其工作方法
【專利摘要】一種基于DSP的風(fēng)電系統(tǒng)分岔控制器，其特征在于它包括含柔性交流輸電設(shè)備的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)單元、接口電路與帶分岔控制器的DSP控制單元；其工作方法包括：電壓電流信號采集、處理、分岔判斷、分岔控制和信號輸出；其優(yōu)越性在于：①系統(tǒng)穩(wěn)定性良好、控制精度高、響應(yīng)速度快；②可較好的解決風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的分岔現(xiàn)象；③結(jié)構(gòu)簡單，易于控制。
【專利說明】—種基于DSP的風(fēng)電系統(tǒng)分岔控制器及其工作方法
(-)【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明用于風(fēng)力發(fā)電行業(yè)，涉及電力系統(tǒng)和控制理論交叉領(lǐng)域，尤其是一種基于DSP (DigitalSignalProcessing——數(shù)字信號處理器)的風(fēng)電系統(tǒng)分岔控制器及其工作方法。
(二)【背景技術(shù)】:
[0002]隨著社會的飛速發(fā)展，全球范圍內(nèi)不可再生資源面臨著越來越嚴(yán)峻的局面，而可再生能源的發(fā)展為緩解能源緊張做出了突出貢獻，尤其是風(fēng)能作為一種清潔的能源越來越受到人們的廣泛關(guān)注。目前，作為風(fēng)能的主要利用方式之一一風(fēng)力發(fā)電得到了快速發(fā)展。
[0003]隨著風(fēng)力發(fā)電的快速發(fā)展,風(fēng)能本身的特殊性,如隨機性、波定性。使得風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到嚴(yán)重威脅，因此，越來越多電力電子器件以及柔性交流輸電設(shè)備加入到風(fēng)電系統(tǒng)中來改善系統(tǒng)發(fā)電的電能質(zhì)量。而因為這些裝置的加入在改善系統(tǒng)穩(wěn)定的同時也帶來了一些其他的問題，例如增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，其內(nèi)部參數(shù)的改變會導(dǎo)致各種非線性現(xiàn)象，如分岔、混沌等。實驗研究表明，分岔是影響系統(tǒng)穩(wěn)定尤其是電壓穩(wěn)定的一大誘因，例如風(fēng)電系統(tǒng)中的靜分岔可能會導(dǎo)致系統(tǒng)電壓短時間內(nèi)持續(xù)跌落；動分岔與系統(tǒng)電壓震蕩有著非常緊密的關(guān)系，嚴(yán)重的時候分岔現(xiàn)象還會造成系統(tǒng)的崩潰，是的風(fēng)電系統(tǒng)不得不村大電網(wǎng)中解裂，威脅用戶用電安全。因此對控制器進行有效的分岔控制可以避免出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，從而保證系統(tǒng)的正常工作。
[0004]分岔控制的主要任務(wù)是研究分岔控制的基本理論，提出分岔控制的方法策略，而對一個具體的系統(tǒng)就是設(shè)計控制器來控制分岔行為、改變分岔特征。
[0005]目前，非線性系統(tǒng)的分岔控制正在形成一個全新的研究方向，分岔控制的手段主要有線性和非線性反饋方法、Washout-filter、混合控制方法、頻域分析和逼近方法、以及利用規(guī)范型理論等等。這些研究對于非線性系統(tǒng)的分岔控制來說仍處于起步階段，盡管目前已有不少關(guān)于控制分岔的方法，但是若將其與具體的非線性動力系統(tǒng)聯(lián)系在一起，則不同的控制策略對系統(tǒng)也會產(chǎn)生不同的影響。
(三)
【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0006]本發(fā)明的目的在于設(shè)計一種基于DSP的風(fēng)電系統(tǒng)分岔控制器及其工作方法，它可以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，是一種結(jié)構(gòu)簡單，易于控制，可較好的解決由風(fēng)電系統(tǒng)產(chǎn)生的分岔現(xiàn)象的控制器。
[0007]本發(fā)明技術(shù)方案:一種基于DSP的風(fēng)電系統(tǒng)分盆控制器,其特征在于它包括含柔性交流輸電設(shè)備的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)單元、接口電路與帶分岔控制器的DSP控制單元；其中，所述接口電路的輸入端采集風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)單元側(cè)的信號，其輸出端輸出經(jīng)過處理的信號給風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)單元；所述帶分岔控制器的DSP控制單元的輸入端接收接口電路的采樣檢測信號，其輸出端同樣與接口電路的輸入端連接。
[0008]所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)單元是由風(fēng)力機、齒輪箱、發(fā)電機、并網(wǎng)控制器、無功補償裝置、電網(wǎng)及負荷構(gòu)成；所述齒輪箱的輸入端接收風(fēng)力機的信號，其輸出端連接異步發(fā)電機的輸入端；所述并網(wǎng)控制器的輸入端接收異步發(fā)電機的輸出信號，其輸出端連接電網(wǎng)；所述無功補償裝置的輸入端連接隔離驅(qū)動單元的輸出端，其輸出端連接電網(wǎng)；所述電網(wǎng)還與負荷以及接口電路的輸出端連接，其輸出端連接接口電路的輸入端。
[0009]所述接口電路是由電壓電流采樣單元、電流采樣單元、隔離驅(qū)動單元和電網(wǎng)電壓頻率相位檢測單元構(gòu)成；其中，所述電壓電流采樣單元的輸入端采集風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的負載側(cè)電壓電流信號，其輸出連接帶分岔控制器的DSP控制單元的輸入端；所述電流采樣單元的輸入端連接無功補償裝置的輸出端，其輸出端連接DSP控制單元的輸入端；所述隔離驅(qū)動單元的輸入端連接帶分岔控制器的DSP控制單元的輸出端；所述電網(wǎng)電壓頻率相位檢測單元的輸入端采集電網(wǎng)中的電壓頻率相位信號，其輸出端連接帶分岔控制器的DSP控制單元的輸入端。
[0010]所述帶分岔控制器的DSP控制單元，是由DSP模糊控制器、PI控制器和智能調(diào)節(jié)器構(gòu)成；其中，所述被控對象上采集無功補償裝置的電流信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊2作為輸入信號，并與作為給定值的無功補償裝置參考電流值作差，得到的差值作為整個控制單元的輸入信號；所述DSP控制單元的輸出端輸出控制信號反饋給被控對象。
[0011]所述DSP模糊控制器采用的是TMs320F281x系列DSP芯片，所述TMs320F281x系列DSP芯片內(nèi)置模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊1、模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊2、模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊3以及CAPl接口單元；且模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊I的輸入端連接電壓電流采樣單元的輸出端；模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊2的輸入端連接電流采樣單元的輸入端；模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊3的輸出端連接隔離驅(qū)動單元的輸入端；CAP1接口單元的輸入端連接電網(wǎng)電壓頻率相位檢測單元的輸出端。
[0012]—種基于DSP的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)模糊PI分盆控制器的工作方法，其特征在于包括以下步驟:
[0013](I)電壓電流采樣單元接收風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)負荷母線處電壓電流信號，對其進行采樣處理；
[0014](2)電流采樣單元接收風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)無功補償裝置電流信號，對其進行采樣處理；
[0015](3)帶分岔控制器的DSP控制單元的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊I接收步驟(I)采集到的采樣數(shù)據(jù)，對其進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過DSP中寫入的算法計算并判斷負荷母線處否發(fā)生了分岔現(xiàn)象，給DSP控制單元所帶的驅(qū)動單元發(fā)出觸發(fā)信號的指令；
[0016](4)DSP接收步驟(3)中的出發(fā)信號指令，啟動模糊PI分岔控制器，由控制器模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊2接收(2)采集到的數(shù)據(jù)，對其進行模數(shù)轉(zhuǎn)換并傳送信號輸入給模糊PI分岔控制器；
[0017](5)從帶分岔控制器的DSP控制單元的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3輸出控制量觸發(fā)隔離驅(qū)動
單元，驅(qū)動單元發(fā)出控制信號給SVC控制其晶體管的開通關(guān)斷，使SVC對電網(wǎng)做出相應(yīng)的補m
\-ZX O
[0018]所述步驟(3)中DSP控制單元的信號控制是由以下步驟構(gòu)成:
[0019]①被控對象上采集無功補償裝置的電流信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊2作為輸入信號，根據(jù)經(jīng)驗選取無功補償裝置的參考電流作為給定值，信號輸入與給定值作差，得到的差值作為整個控制單元的輸入信號；[0020]②DSP控制單元將輸入信號進行處理，啟動智能協(xié)調(diào)器控制開關(guān)S的工作狀態(tài)；智能協(xié)調(diào)器根據(jù)實際運行時的系統(tǒng)指標(biāo)選擇切換條件，它不斷監(jiān)視系統(tǒng)的輸入與輸出特性，在線協(xié)調(diào)兩種控制規(guī)律之間的轉(zhuǎn)換；
[0021]③當(dāng)偏差在大范圍變化時開關(guān)S閉合到I位置，此時采用模糊控制器，提高系統(tǒng)的魯棒性，使系統(tǒng)穩(wěn)定性良好；
[0022]④當(dāng)偏差在小范圍變化開關(guān)S閉合到2位置，此時采用PI控制器，改善控制器的靜態(tài)性能，提高系統(tǒng)控制精度；
[0023]⑤經(jīng)帶分岔控制器的DSP控制后的信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3作為輸出信號輸入到隔離驅(qū)動單元來控制無功補償裝置的補償量，從而達到延遲分岔的目的。
[0024]所述步驟(4)中的中的模糊PI分岔控制器，其特征在于它是傳統(tǒng)的PI控制與模糊控制相結(jié)合的控制方法，在智能協(xié)調(diào)器的控制下，根據(jù)不同的情況自動切換到模糊控制器工作狀態(tài)或是PI控制器工作狀態(tài)；智能協(xié)調(diào)器根據(jù)實際運行時的系統(tǒng)指標(biāo)選擇切換條件，不斷監(jiān)視系統(tǒng)的輸入與輸出特性，在線協(xié)調(diào)兩種控制規(guī)律之間的轉(zhuǎn)換；由以下步驟構(gòu)成:
[0025]①啟動模糊PI分岔控制器后，首先DSP將接收到的調(diào)理后無功補償裝置的電流信號與DSP中設(shè)定的電流信號的給定值做差得|e|，將|e|與設(shè)定好的參考值IecJ進行比較，
e0的選取為15%的參考電流給定值；
[0026]②當(dāng)|e|≥|e0|時，模糊PI分岔控制器中的開關(guān)S閉合到I的位置，此時對風(fēng)電系統(tǒng)進行模糊控制，在DSP中根據(jù)所編寫的模糊控制程序，從帶分岔控制器的DSP控制單元的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3輸出控制量觸發(fā)隔離驅(qū)動單元；
[0027]③當(dāng)|e|〈|e(l|時，模糊PI分岔控制器中的開關(guān)S閉合到2的位置，此時對風(fēng)電系統(tǒng)進行PI控制，在DSP中根據(jù)所編寫的PI控制程序，從帶分岔控制器的DSP控制單元的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3輸出控制量觸發(fā)隔離驅(qū)動單元。
[0028]本發(fā)明的工作原理:風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)單元中，風(fēng)力機的功能是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能，風(fēng)力機通過齒輪箱與發(fā)電機相連，發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為電能；所述變壓器風(fēng)電系統(tǒng)與電網(wǎng)相連，將發(fā)電機發(fā)出的電能變換成電網(wǎng)能接受的范疇；所述電容器組的作用在于無功補償，為了滿足勵磁電流以及轉(zhuǎn)子漏磁的需要，在異步發(fā)電機向電網(wǎng)輸送有功功率的同時，還需要從電網(wǎng)中吸取無功功率,成為系統(tǒng)的無功負荷,進一步加重了電網(wǎng)的無功功率負擔(dān)。而且會對電網(wǎng)產(chǎn)生污染，降低功率因數(shù)，妨礙有功功率輸出，降低電網(wǎng)穩(wěn)定性，增加線損，降低遠距離送電的末端用戶電壓等一系列的問題。
[0029]模糊PI分岔控制通過DSP實現(xiàn)，選用的DSP芯片是集高性能微控制器和微處理器的特點于一身，具有強大的控制和信號處理能力，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的控制算法，其特點包括，采用高性能的靜態(tài)COMS技術(shù)，高速低功耗設(shè)計；高性能的32位CPU，哈佛總線結(jié)構(gòu)，快速的中斷和響應(yīng)能力，所有存儲空間采用統(tǒng)一尋址方式；多種片上存儲器，包括RAM、ROM、FLASH存儲器等；128位密碼保護用戶程序代碼；多種串口通信外設(shè)，包括SC1、SP1、CAN、McBSP ;高達56個可配置通用目的FO引腳；硬件支持實時仿真功能，為用戶應(yīng)用程序的開發(fā)提供了極大的方便；靈活實用的時鐘和系統(tǒng)控制方式；高效代碼轉(zhuǎn)換功能，代碼向下兼容TMS320F24X系列DSP ;特殊電機控制外設(shè)，包括兩個事件管理器模塊和一個12位AD轉(zhuǎn)換模塊，可以為電機提供高速、高效和全變速的先進控制技術(shù)。
[0030]模糊PI分岔控制器是傳統(tǒng)的PI控制與模糊控制相結(jié)合的控制方法，在智能協(xié)調(diào)器的控制下，可以根據(jù)不同的情況自動切換到模糊控制器工作狀態(tài)或是PI控制器工作狀態(tài)。智能協(xié)調(diào)器根據(jù)實際運行時的系統(tǒng)指標(biāo)選擇切換條件，它不斷監(jiān)視系統(tǒng)的輸入與輸出特性，在線協(xié)調(diào)兩種控制規(guī)律之間的轉(zhuǎn)換。
[0031]模糊PI分岔控制器的設(shè)計方法(整體設(shè)計如圖3所示):
[0032]①設(shè)計模糊控制器
[0033]E是誤差e XKa的模糊語言變量，EC是誤差變化de/dt XKb的模糊語言變量，U為控制量u的模糊語言變量。Ka為誤差的量化因子，Kb為誤差變化的量化因子，K。為控制量
的比例因子。設(shè)誤差的基本論域為L—ldk-l」，誤差變化的基本論域為卜1&-1，1&-1」，
誤差的模糊論域為
[0034]E= (-η” - (η「1),..., O, 1..., Ii1, (η「1))
[0035]誤差變化的模糊論域為
[0036]EC= (~η2, _ (η2_1),.., O, 1.., η2, (η2_1))
[0037]則，Ka=Vxe,Kb=n2/xec
[0038]設(shè)控制量的變化范圍為
[0039][-1ufflaxI, Umax I]
[0040]控制量所取的論域為
[0041]U= (_m，- (m-1)，...，0，1...，m，(m_l))
[0042]則Kc=m/ I Umax
[0043]此模糊控制器先將誤差e以及誤差變化de/dt模糊化，分別與量化因子Ka，Kb相乘，轉(zhuǎn)化到相對應(yīng)的E與EC的模糊論域上，再根據(jù)E與EC的模糊規(guī)則控制表，得到相應(yīng)輸出論域上的點，再乘以K。反模糊化，得到實際所需物理量。E與EC及U的模糊集和論域分別定義如下E與EC的模糊集為:{NB，NS，Z, PS, PB} U的模糊集為:{NVB, NB, NM, NS, Z, PS, PM, PB, PVBjE EC 的論域為:[_3，3] U 的論域為:[_8，8]。在模糊控制器的設(shè)計中，隸屬函數(shù)的選取非常重要。選擇合適的隸屬度函數(shù)，可對模糊輸入變量進行合理的模糊化。這里選用三角形隸屬度函數(shù)以及S型和Z型隸屬度函數(shù)。模糊推理方法采用應(yīng)用較廣的Mamdani方法，解模糊方法采用重心法
[0044]②設(shè)計PI控制器
[0045]模糊控制對外界的干擾的抑制能力較強，不會引起系統(tǒng)的大振蕩與不穩(wěn)定，但其穩(wěn)態(tài)性能不如傳統(tǒng)的PID控制，因此，在一定誤差范圍內(nèi)，可采用PI控制，當(dāng)誤差e的絕對值小于預(yù)先設(shè)定值時，程序?qū)⒆詣忧袚Q為PI控制(PI控制框圖如圖4所示)。
[0046]PI的傳遞函數(shù)可表示為Gq(S)=Kp(1+1/TiS)
[0047]其中Kp為比例系數(shù)，T1為積分時間常數(shù)。由于采用觸發(fā)角延遲控制，SVC的實際輸出容抗值將滯后于參考輸入。SVC動態(tài)響應(yīng)傳遞函數(shù)可用近似表示為G (S) svc=Ky/ (1+Tys)(1+Tds)
[0048]式中Ty是觸發(fā)角引起的延遲時間，Td為晶閘管死區(qū)時間。Ky為輸入輸出比例系數(shù)，本文取為I。一般取值KyS3-5ms，Td取值范圍為1.67ms-11.67ms。
[0049]③模糊控制器與PI控制器的配合
[0050]在大偏差的范圍內(nèi)運用模糊控制，以得到良好的瞬態(tài)性能；在小偏差的范圍內(nèi)運用PI控制，以得到更好的穩(wěn)態(tài)性能。兩者的轉(zhuǎn)換依據(jù)事先給定的偏差范圍IecJ而自動進行。為了使兩種控制方式在運行過程中是被分段切換使用的，不會同時出現(xiàn)而交互影響，所以這兩種方式需要分別設(shè)計調(diào)試，其中IecJ的設(shè)定是關(guān)鍵，如果選取IecJ值太大，則系統(tǒng)過早的進入PI調(diào)節(jié)的過程，無法充分發(fā)揮模糊控制的快速調(diào)節(jié)作用，使調(diào)節(jié)時間變長；如果選取IecJ太小，則系統(tǒng)在快接近穩(wěn)態(tài)的情況下切換，系統(tǒng)可能產(chǎn)生超調(diào)，同樣會增加調(diào)節(jié)時間。綜上考慮,本專利選取IecJ為15%的參考電流。
[0051]運用專利中所設(shè)計的模糊PI控制法將SVC連接到風(fēng)電系統(tǒng)中的負荷母線處，在智能協(xié)調(diào)器的控制下，根據(jù)從系統(tǒng)中采集的電壓電流信號通過運算確定系統(tǒng)運行的分岔點，根據(jù)需求(將分岔點延遲到什么水平)情況自動切換到模糊控制器工作狀態(tài)或是PI控制器工作狀態(tài)?？刂芐VC在風(fēng)電系統(tǒng)中的有效接入，進而控制分岔的發(fā)生。智能協(xié)調(diào)器根據(jù)實際運行時的系統(tǒng)指標(biāo)選擇切換條件，它不斷監(jiān)視系統(tǒng)的輸入與輸出特性，在線協(xié)調(diào)兩種控制規(guī)律之間的轉(zhuǎn)換。
[0052]通過仿真軟件計算表明，在加入模糊PI控制后，能夠有效地控制SVC在風(fēng)電場的無功補償中的作用。明顯的減少了超調(diào)量，能更快速地調(diào)節(jié)母線電壓使電壓恢復(fù)穩(wěn)定，延遲了系統(tǒng)中分岔現(xiàn)象的發(fā)生，體現(xiàn)了很好的魯棒性。
[0053]本發(fā)明的優(yōu)越性在于:①偏差在大范圍變化時采用模糊控制器，提高系統(tǒng)的魯棒性，使系統(tǒng)穩(wěn)定性良好；偏差在小范圍變化時采用PI控制器，改善控制器的靜態(tài)性能，提高系統(tǒng)控制精度，提高響應(yīng)速度；②在PI控制器上加入模糊控制，自動切換兩種控制方法，可在動態(tài)過程中發(fā)揮模糊控制快速響應(yīng)的優(yōu)點，穩(wěn)態(tài)時PI控制發(fā)揮其穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)的優(yōu)點，即可提高簡單模糊控制器的穩(wěn)態(tài)性能可較好的解決風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的分岔現(xiàn)象；③硬件采用高性能的TMS320LF281X系列DSP進行采樣控制，可實現(xiàn)高速運算，結(jié)構(gòu)簡單，易于控制。
(四)【專利附圖】

【附圖說明】:
[0054]圖1為本發(fā)明所涉一種基于DSP的風(fēng)電系統(tǒng)分岔控制器的整體結(jié)構(gòu)框圖。
[0055]圖2為本發(fā)明所涉一種基于DSP的風(fēng)電系統(tǒng)分岔控制器中帶分岔控制器的DSP控制單元的結(jié)構(gòu)框圖。
[0056]圖3為本發(fā)明所涉一種基于DSP的風(fēng)電系統(tǒng)分岔控制器中帶分岔控制器的工作原理圖。
[0057]圖4為本發(fā)明所涉一種基于DSP的風(fēng)電系統(tǒng)分岔控制器中帶分岔控制器中PI控制器控制原理框圖。
(五)【具體實施方式】:
[0058]實施例:一種基于DSP的風(fēng)電系統(tǒng)分岔控制器(見圖1)，其特征在于它包括含柔性交流輸電設(shè)備的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)單元、接口電路與帶分岔控制器的DSP控制單元；其中，所述接口電路的輸入端采集風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)單元側(cè)的信號，其輸出端輸出經(jīng)過處理的信號給風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)單元；所述帶分岔控制器的DSP控制單元的輸入端接收接口電路的采樣檢測信號，其輸出端同樣與接口電路的輸入端連接。
[0059]所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)單元(見圖1)是由風(fēng)力機、齒輪箱、發(fā)電機、并網(wǎng)控制器、無功補償裝置、電網(wǎng)及負荷構(gòu)成；所述齒輪箱的輸入端接收風(fēng)力機的信號，其輸出端連接異步發(fā)電機的輸入端；所述并網(wǎng)控制器的輸入端接收異步發(fā)電機的輸出信號，其輸出端連接電網(wǎng)；所述無功補償裝置的輸入端連接隔離驅(qū)動單元的輸出端，其輸出端連接電網(wǎng)；所述電網(wǎng)還與負荷以及接口電路的輸出端連接，其輸出端連接接口電路的輸入端。
[0060]所述接口電路(見圖1)是由電壓電流采樣單元、電流采樣單元、隔離驅(qū)動單元和電網(wǎng)電壓頻率相位檢測單元構(gòu)成；其中，所述電壓電流采樣單元的輸入端采集風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的負載側(cè)電壓電流信號，其輸出連接帶分岔控制器的DSP控制單元的輸入端；所述電流采樣單元的輸入端連接無功補償裝置的輸出端，其輸出端連接DSP控制單元的輸入端；所述隔離驅(qū)動單元的輸入端連接帶分岔控制器的DSP控制單元的輸出端；所述電網(wǎng)電壓頻率相位檢測單元的輸入端采集電網(wǎng)中的電壓頻率相位信號，其輸出端連接帶分岔控制器的DSP控制單元的輸入端。
[0061]所述帶分岔控制器的DSP控制單元(見圖2)，是由DSP模糊控制器、PI控制器和智能調(diào)節(jié)器構(gòu)成；其中，所述被控對象上采集無功補償裝置的電流信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊2作為輸入信號，并與作為給定值的無功補償裝置參考電流值作差，得到的差值作為整個控制單元的輸入信號；所述DSP控制單元的輸出端輸出控制信號反饋給被控對象。
[0062]所述DSP模糊控制器采用的是TMs320F281x系列DSP芯片，所述TMs320F281x系列DSP芯片內(nèi)置模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊1、模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊2、模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊3以及CAPl接口單元；且模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊I的輸入端連接電壓電流采樣單元的輸出端；模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊2的輸入端連接電流采樣單元的輸入端；模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊3的輸出端連接隔離驅(qū)動單元的輸入端；CAP1接口單元的輸入端連接電網(wǎng)電壓頻率相位檢測單元的輸出端。
[0063]—種基于DSP的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)模糊PI分盆控制器的工作方法，其特征在于包括以下步驟:
[0064](3)電壓電流采樣單元接收風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)負荷母線處電壓電流信號，對其進行采樣處理；
[0065](4)電流采樣單元接收風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)無功補償裝置電流信號，對其進行采樣處理；
[0066](3)帶分岔控制器的DSP控制單元的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊I接收步驟(I)采集到的采樣數(shù)據(jù)，對其進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過DSP中寫入的算法計算并判斷負荷母線處否發(fā)生了分岔現(xiàn)象，給DSP控制單元所帶的驅(qū)動單元發(fā)出觸發(fā)信號的指令；
[0067](4)DSP接收步驟(3)中的出發(fā)信號指令，啟動模糊PI分岔控制器，由控制器模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊2接收(2)采集到的數(shù)據(jù)，對其進行模數(shù)轉(zhuǎn)換并傳送信號輸入給模糊PI分岔控制器；
[0068](5)從帶分岔控制器的DSP控制單元的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3輸出控制量觸發(fā)隔離驅(qū)動
單元，驅(qū)動單元發(fā)出控制信號給SVC控制其晶體管的開通關(guān)斷，使SVC對電網(wǎng)做出相應(yīng)的補m
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[0069]所述步驟(3)中DSP控制單元的信號控制是由以下步驟構(gòu)成:
[0070]①被控對象上采集無功補償裝置的電流信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊2作為輸入信號，根據(jù)經(jīng)驗選取無功補償裝置的參考電流作為給定值，信號輸入與給定值作差，得到的差值作為整個控制單元的輸入信號；
[0071]②DSP控制單元將輸入信號進行處理，啟動智能協(xié)調(diào)器控制開關(guān)S的工作狀態(tài)；智能協(xié)調(diào)器根據(jù)實際運行時的系統(tǒng)指標(biāo)選擇切換條件，它不斷監(jiān)視系統(tǒng)的輸入與輸出特性，在線協(xié)調(diào)兩種控制規(guī)律之間的轉(zhuǎn)換；
[0072]③當(dāng)偏差在大范圍變化時開關(guān)S閉合到I位置，此時采用模糊控制器，提高系統(tǒng)的魯棒性，使系統(tǒng)穩(wěn)定性良好；
[0073]④當(dāng)偏差在小范圍變化開關(guān)S閉合到2位置，此時采用PI控制器，改善控制器的靜態(tài)性能，提高系統(tǒng)控制精度；
[0074]⑤經(jīng)帶分岔控制器的DSP控制后的信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3作為輸出信號輸入到隔離驅(qū)動單元來控制無功補償裝置的補償量，從而達到延遲分岔的目的。
[0075]所述步驟(4)中的中的模糊PI分岔控制器，其特征在于它是傳統(tǒng)的PI控制與模糊控制相結(jié)合的控制方法，在智能協(xié)調(diào)器的控制下，根據(jù)不同的情況自動切換到模糊控制器工作狀態(tài)或是PI控制器工作狀態(tài)；智能協(xié)調(diào)器根據(jù)實際運行時的系統(tǒng)指標(biāo)選擇切換條件，不斷監(jiān)視系統(tǒng)的輸入與輸出特性，在線協(xié)調(diào)兩種控制規(guī)律之間的轉(zhuǎn)換；由以下步驟構(gòu)成:
[0076]①啟動模糊PI分岔控制器后，首先DSP將接收到的調(diào)理后無功補償裝置的電流信號與DSP中設(shè)定的電流信號的給定值做差得|e|，將|e|與設(shè)定好的參考值IecJ進行比較，
e0的選取為15%的參考電流給定值；
[0077]②當(dāng)|e|≥IecJ時，模糊PI分岔控制器中的開關(guān)S閉合到I的位置，此時對風(fēng)電系統(tǒng)進行模糊控制，在DSP中根據(jù)所編寫的模糊控制程序，從帶分岔控制器的DSP控制單元的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3輸出控制量觸發(fā)隔離驅(qū)動單元；
[0078]③當(dāng)|e|〈|e(l|時，模糊PI分岔控制器中的開關(guān)S閉合到2的位置，此時對風(fēng)電系統(tǒng)進行PI控制，在DSP中根據(jù)所編寫的PI控制程序，從帶分岔控制器的DSP控制單元的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3輸出控制量觸發(fā)隔離驅(qū)動單元。
【權(quán)利要求】
1.一種基于DSP的風(fēng)電系統(tǒng)分岔控制器，其特征在于它包括含柔性交流輸電設(shè)備的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)單元、接口電路與帶分岔控制器的DSP控制單元；其中，所述接口電路的輸入端采集風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)單元側(cè)的信號，其輸出端輸出經(jīng)過處理的信號給風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)單元；所述帶分岔控制器的DSP控制單元的輸入端接收接口電路的采樣檢測信號，其輸出端同樣與接口電路的輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于DSP的風(fēng)電系統(tǒng)分岔控制器，其特征在于所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)單元是由風(fēng)力機、齒輪箱、發(fā)電機、并網(wǎng)控制器、無功補償裝置、電網(wǎng)及負荷構(gòu)成；所述齒輪箱的輸入端接收風(fēng)力機的信號，其輸出端連接異步發(fā)電機的輸入端；所述并網(wǎng)控制器的輸入端接收異步發(fā)電機的輸出信號，其輸出端連接電網(wǎng)；所述無功補償裝置的輸入端連接隔離驅(qū)動單元的輸出端，其輸出端連接電網(wǎng)；所述電網(wǎng)還與負荷以及接口電路的輸出端連接，其輸出端連接接口電路的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于DSP的風(fēng)電系統(tǒng)分岔控制器，其特征在于所述接口電路是由電壓電流采樣單元、電流采樣單元、隔離驅(qū)動單元和電網(wǎng)電壓頻率相位檢測單元構(gòu)成；其中，所述電壓電流采樣單元的輸入端采集風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的負載側(cè)電壓電流信號，其輸出連接帶分岔控制器的DSP控制單元的輸入端；所述電流采樣單元的輸入端連接無功補償裝置的輸出端，其輸出端連接DSP控制單元的輸入端；所述隔離驅(qū)動單元的輸入端連接帶分岔控制器的DSP控制單元的輸出端；所述電網(wǎng)電壓頻率相位檢測單元的輸入端采集電網(wǎng)中的電壓頻率相位信號，其輸出端連接帶分岔控制器的DSP控制單元的輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于DSP的風(fēng)電系統(tǒng)分岔控制器，其特征在于所述帶分岔控制器的DSP控制單元，是由DSP模糊控制器、PI控制器和智能調(diào)節(jié)器構(gòu)成；其中，所述被控對象上采集無功補償裝置的電流信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊2作為輸入信號，并與作為給定值的無功補償裝置參考電流值作差，得到的差值作為整個控制單元的輸入信號；所述DSP控制單元的輸出端輸出控制信號反饋給被控對象。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種基于DSP的風(fēng)電系統(tǒng)分盆控制器,其特征在于所述DSP模糊控制器采用的是TMs320F281x系`列DSP芯片，所述TMs320F281x系列DSP芯片內(nèi)置模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊1、模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊2、模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊3以及CAPl接口單元；且模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊I的輸入端連接電壓電流采樣單元的輸出端；模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊2的輸入端連接電流采樣單元的輸入端；模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊3的輸出端連接隔離驅(qū)動單元的輸入端；CAP1接口單元的輸入端連接電網(wǎng)電壓頻率相位檢測單元的輸出端。
6.一種基于DSP的風(fēng)電系統(tǒng)分岔控制器的工作方法，其特征在于包括以下步驟: (1)電壓電流采樣單元接收風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)負荷母線處電壓電流信號，對其進行采樣處理； (2)電流采樣單元接收風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)無功補償裝置電流信號，對其進行采樣處理； (3)帶分岔控制器的DSP控制單元的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊I接收步驟(1)采集到的采樣數(shù)據(jù)，對其進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過DSP中寫入的算法計算并判斷負荷母線處否發(fā)生了分岔現(xiàn)象，給DSP控制單元所帶的驅(qū)動單元發(fā)出觸發(fā)信號的指令； (4)DSP接收步驟(3)中的出發(fā)信號指令，啟動模糊PI分岔控制器，由控制器模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊2接收(2)采集到的數(shù)據(jù)，對其進行模數(shù)轉(zhuǎn)換并傳送信號輸入給模糊PI分岔控制器； (5)從帶分岔控制器的DSP控制單元的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3輸出控制量觸發(fā)隔離驅(qū)動單元，驅(qū)動單元發(fā)出控制信號給SVC控制其晶體管的開通關(guān)斷，使SVC對電網(wǎng)做出相應(yīng)的補償。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種基于DSP的風(fēng)電系統(tǒng)分盆控制器的工作方法,其特征在于所述步驟(3)中DSP控制單元的信號控制是由以下步驟構(gòu)成: ①被控對象上采集無功補償裝置的電流信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊2作為輸入信號，根據(jù)經(jīng)驗選取無功補償裝置的參考電流作為給定值，信號輸入與給定值作差，得到的差值作為整個控制單元的輸入信號； ②DSP控制單元將輸入信號進行處理，啟動智能協(xié)調(diào)器控制開關(guān)S的工作狀態(tài)；智能協(xié)調(diào)器根據(jù)實際運行時的系統(tǒng)指標(biāo)選擇切換條件，它不斷監(jiān)視系統(tǒng)的輸入與輸出特性，在線協(xié)調(diào)兩種控制規(guī)律之間的轉(zhuǎn)換； ③當(dāng)偏差在大范圍變化時開關(guān)S閉合到I位置，此時采用模糊控制器，提高系統(tǒng)的魯棒性，使系統(tǒng)穩(wěn)定性良好； ④當(dāng)偏差在小范圍變化開關(guān)S閉合到2位置，此時采用PI控制器，改善控制器的靜態(tài)性能，提高系統(tǒng)控制精度； ⑤經(jīng)帶分岔控制器的DSP控制后的信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3作為輸出信號輸入到隔離驅(qū)動單元來控制無功補償裝置的補償量，從而達到延遲分岔的目的。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種基于DSP的風(fēng)電系統(tǒng)分盆控制器的工作方法,其特征在于所述步驟(4)中的中的模糊PI分岔控制器，其特征在于它是傳統(tǒng)的PI控制與模糊控制相結(jié)合的控制方法，在智能協(xié)調(diào)器的控制下，根據(jù)不同的情況自動切換到模糊控制器工作狀態(tài)或是PI控制器工作狀態(tài)；智能協(xié)調(diào)器根據(jù)實際運行時的系統(tǒng)指標(biāo)選擇切換條件，不斷監(jiān)視系統(tǒng)的輸入與輸出特性，在線協(xié)調(diào)兩種控制規(guī)律之間的轉(zhuǎn)換；由以下步驟構(gòu)成: ①啟動模糊PI分岔控制器后，首先DSP將接收到的調(diào)理后無功補償裝置的電流信號與DSP中設(shè)定的電流信號的給定值做差得|e|，將|e|與設(shè)定好的參考值IecJ進行比較，IecJ的選取為15%的參考電流給定值； ②當(dāng)|e|≥|e0|時，模糊PI分岔控制器中的開關(guān)S閉合到I的位置，此時對風(fēng)電系統(tǒng)進行模糊控制，在DSP中根據(jù)所編寫的模糊控制程序，從帶分岔控制器的DSP控制單元的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3輸出控制量觸發(fā)隔離驅(qū)動單元； ③當(dāng)IeKIecJ時，模糊PI分岔控制器中的開關(guān)S閉合到2的位置，此時對風(fēng)電系統(tǒng)進行PI控制，在DSP中根據(jù)所編寫的PI控制程序，從帶分岔控制器的DSP控制單元的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3輸出控制量觸發(fā)隔離驅(qū)動單元。
【文檔編號】H02J3/38GK103490415SQ201310461772
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】馬幼捷, 張禹, 周雪松, 徐曉寧, 李超, 谷海清, 袁洪德, 侯兆豪, 吳浩 申請人:天津理工大學(xué)