CN105896608A - 一种基于单片机的风电并网控制系统及方法 - Google Patents

一种基于单片机的风电并网控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于单片机的风电并网控制系统及方法,该系统包括:风力发电模块,包括风力发电机和霍尔传感器,用于利用风力发电并完成发电检测;信号调理模块,用于将该霍尔传感器输出的信号进行放大并调理;单片机控制模块,用于信号的接收和控制,产生驱动电路所需的PWM控制信号和并网退网信号;驱动电路,用于将该单片机控制模块产生的PWM控制信号和并网退网信号进行驱动放大以用于逆变器的控制;工作电压模块,用于产生系统工作所需低压直流电压;逆变器,用于将风力发电产生的交流电转换为电网电压,本发明可以有效的对风机进行实时的并网,改善风机由于并网对电网造成的冲击影响,使输出更加稳定。

Description

一种基于单片机的风电并网控制系统及方法
技术领域
本发明涉及并网控制技术领域,特别是涉及一种基于单片机的风电并网控制系统及方法。
背景技术
发电机并入电网的这项技术和我们的日常生活息息相关,生活中的的发电,不管是何种类型的发电,风电、火电都不可避免的使用了自动并车技术。在迅猛发展的电力系统的大前提下,发电机自动并车运作技术在各个方面逐步受到很大的关注,随着世界上石油和煤炭资源等资源的迅速消耗和日益恶化的环境大问题的日益突出,风力发电已经开始逐渐成为二十一世纪新能源的新焦点,并快速的发展为一个新的产业。
利用传统的并网合闸装置可以实现风机在风速较高下并网,当输出电压达不到要求进行退网。但是风能本来就是一种不稳定并且很难被准确预测的能源,因此不利于实时并网,一旦出现延迟很大的情况会对电网造成冲击影响,市场上现有的控制装置成本很高,造成了风机装机成本变高。而且不利于风机并网的实践教学。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足,本发明之目的在于提供一种基于单片机的风电并网控制系统及方法,其可以有效的对风机进行实时的并网,改善风机由于并网对电网造成的冲击影响,使输出更加稳定。
为达上述及其它目的,本发明提出一种基于单片机的风电并网控制系统,包括:
风力发电模块,包括风力发电机和霍尔传感器,用于利用风力发电并完成发电检测;
信号调理模块,用于将该霍尔传感器输出的信号进行放大并调理;
单片机控制模块,用于信号的接收和控制,产生驱动电路所需的PWM控制信号和并网退网信号;
驱动电路,用于将该单片机控制模块产生的PWM控制信号和并网退网信号进行驱动放大以用于逆变器的控制;
工作电压模块,用于产生系统工作所需低压直流电压;
逆变器,用于将风力发电产生的交流电转换为电网电压。
进一步地,该风力发电机输出电压的一路连接至该逆变器的输入端,另一路连接至该工作电压模块的输入端以产生系统工作所需低压直流电压,霍尔传感器安装在风力发电机处,其输出通过该信号调理模块连接至该单片机控制模块的AD转换器输入端,该单片机控制模块的输出信号连接至该驱动电路的输入端,其输出连接至该逆变器的控制端,该逆变器的输出连接电网。
进一步地,信号调理模块包括两个运放、电阻(R11-R17)以及滤波电容(C11-C12),霍尔传感器的输出通过电阻(R11与R12)连接至第一运放(U13A)的反相输入端,电阻(R13)跨接在第一运放(U13A)的输出和反相输入端间,电阻(R16)将第一运放(U13A)的同相输入端虚地,电阻(R14)串联连接在第一运放(U13A)输出端和第二运放(U13B)的反相输入端间,电阻(R15)跨接在第二运放(U13B)的输出和反相输入端间,电阻(R17)将第二运放(U13B)的同相输入端虚地,第二运放(U13B)的输出连接至单片机控制模块的AD采样输入端,电容(C11)与电容(C12)分别连接在正负电源和地间。
进一步地,该驱动电路采用MOSFET驱动模块。
进一步地,该驱动电路包括光耦隔离器、OTL互补放大电路、MOSFET管(Q1)及电阻(R21,R22,R23,R24),该光耦隔离器包括发射二极管(D2)与接收三极管(Q2),该OTL互补放大电路包括第一三极管(Q3)与第二三极管(Q4),该单片机控制模块输出的信号经电阻(R21)连接至该光耦隔离器的发射二极管(D2)的阳极,该光耦隔离器的发射二极管(D2)的阴极与该光耦隔离器的接收三极管(Q2)的发射极接地,该光耦隔离器的接收三极管(Q2)的集电极连接该第一三极管(Q3)和该第二三极管(Q4)的基极,电阻(R22)跨接在电源和该第一三极管(Q3)与该第二三极管(Q4)的基极之间作偏置,该第二三极管(Q4)的发射极接地,该第一三极管(Q3)的发射极接电源,该第一三极管(Q3)和第二三极管(Q4)的集电极接电阻(R23)的一端,电阻(R23)的另一端接电阻(R24)的一端和该MOSFET管(Q1)的栅极,该MOSFET管(Q1)的源极和电阻(R24)的另一端接地,该MOSFET管(Q1)的漏极连接至该逆变器的控制栅极。
进一步地,该第一三极管为PNP三极管,该第二三极管为NPN三极管。
进一步地,该单片机控制模块包括AD采样、单片机、看门狗电路模块和若干电阻及电容,当风力发电机电压数据和已知电网电压等参数一致时输出1表示“并网”,当数据有偏差则不输出信号,或者输出0表述“退网”。
进一步地,该霍尔传感器为霍尔电压传感器。
为达到上述目的,本发明还提供一种基于单片机的风电并网控制方法,包括如下步骤:
步骤二,利用霍尔传感器采集风力发电机的电压信号,并由信号调理模块进行信号的放大、调理处理,送入单片机控制模块;
步骤二,单片机控制模块接收经放大调理后的信号,经模数转换后,产生驱动电路所需的PWM控制信号和并网退网信号
步骤三,由驱动电路将单片机控制模块产生的PWM控制信号和并网退网信号进行驱动放大以用于逆变器的控制;
步骤四,由逆变器在该驱动电路输出的信号控制下将风力发电产生的交流电转换为电网电压。
进一步地,于步骤二中,当风力发电机电压数据和已知电网电压等参数一致时输出1表示“并网”,当数据有偏差则不输出信号,或者输出0表述“退网”。
与现有技术相比,本发明一种基于单片机的风电并网控制系统及方法通过采用基于单片机的风电并网控制系统方法,可以有效的对风机进行实时的并网,改善了风机由于并网对电网造成的冲击影响,使输出更加稳定。
附图说明
图1为一种基于单片机的风电并网控制系统的系统结构图;
图2为本发明较佳实施例中信号调理模块的结构示意图;
图3为本发明较佳实施例中驱动电路的电路结构图;
图4为本发明一种基于单片机的风电并网控制方法的步骤流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用,本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用,在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图1为一种基于单片机的风电并网控制系统的系统结构图。如图1所示,本发明一种基于单片机的风电并网控制系统,包括:风力发电模块10、信号调理模块20、单片机控制模块30、驱动电路40、工作电压模块50、逆变器60。
其中风力发电模块10由风力发电机和霍尔传感器组成,用于利用风力发电并完成发电检测;信号调理模块20由两个运放(LMC660)、电阻R11-R17、滤波电容C11-C12组成,用于将霍尔传感器的信号进行放大;单片机控制模块30由AD采样(芯片PCF8591,当然也可使用单片机自带AD采样)、单片机(AT90S52)、看门狗电路模块和必要的电阻电容组成,用于信号的接收和控制,产生驱动电路40所需的PWM控制信号和并网退网信号,当风力发电机电压数据和已知电网电压等参数一致时输出1表示“并网”,当数据有偏差则不输出信号,或者输出0表述“退网”;驱动电路40由光耦隔离器(发射管D2、接收管Q2)、OTL互补放大电路(PNP三极管Q3、NPN三极管Q4)、MOSFET管Q1及电阻R21-24组成,用于将MCU产生的PWM控制信号和并网退网信号进行驱动放大以用于逆变器的控制(仅示出一路);工作电压模块50为一般稳压电路,用于产生系统工作所需低压直流电压如3.3V、±5V和12V;逆变器60为通用电路,用于将风力发电产生的交流电转换为电网70电压。
风力发电机输出电压的一路连接至逆变器60的输入端,另一路连接至工作电压模块50的输入端以产生系统工作所需低压直流电压,霍尔传感器安装在风力发电机处,其输出通过信号调理模块20连接至单片机控制模块30的AD转换器输入端,单片机控制模块30的输出信号连接至驱动电路40的输入端,其输出连接至逆变器60的控制端,逆变器60的输出连接电网70。
图2为本发明较佳实施例中信号调理模块的结构示意图。霍尔传感器的输出通过电阻R11-R12连接至运放U13A反相输入端,电阻R13跨接在运放U13A的输出和反相输入端间用于增益调节,电阻R16将运放U13A的同相输入端虚地,电阻R14串联连接在运放U13A输出端和运放U13B的反相输入端间,电阻R15跨接在运放U13B的输出和反相输入端间用于增益调节,电阻R17将运放U13B的同相输入端虚地,运放U13B的输出连接至AD采样输入端,电容C11-C12分别连接在正负电源和地间用于电源滤波。
图3为本发明较佳实施例中驱动电路的电路结构图。在本发明较佳实施例中,驱动电路为MOSFET驱动模块,由光耦隔离器、OTL互补放大电路、MOSFET、以及若干电阻组成,MCU输出的信号经电阻R21连接至光耦隔离器的发射二极管D2之阳极,光耦隔离器的发射二极管D2之阴极与光耦隔离器的接收三极管Q2之发射极接地,光耦隔离器的接收三极管Q2之集电极连接PNP三极管Q3和NPN三极管Q4之基极,电阻R22跨接在12V电源和PNP三极管Q3与NPN三极管Q4之基极之间作偏置,NPN三极管Q4之发射极接地,PNP三极管Q3之发射极接12V电源,PNP三极管Q3和NPN三极管Q4之集电极接电阻R23之一端,电阻R23之另一端接电阻R24之一端和MOSFET管Q1之栅极,MOSFET管Q1之源极和电阻R24之另一端接地,MOSFET管Q1之漏极连接至逆变器之控制栅极。
图4为本发明一种基于单片机的风电并网控制方法的步骤流程图。如图4所示,本发明一种基于单片机的风电并网控制方法,包括如下步骤:
步骤401,利用霍尔传感器(霍尔电压传感器)采集风力发电机的电压信号,并由信号调理模块进行信号的放大、调理等处理,送入单片机控制模块。
步骤402,单片机控制模块接收经放大调理后的信号,经模数转换后,产生驱动电路所需的PWM控制信号和并网退网信号,当风力发电机电压数据和已知电网电压等参数一致时输出1表示“并网”,当数据有偏差则不输出信号,或者输出0表述“退网”。
步骤403,由驱动电路将单片机控制模块产生的PWM控制信号和并网退网信号进行驱动放大以用于逆变器的控制,从而实时的实现关断退网,启动并网的控制操作。
步骤404,由逆变器在驱动电路输出的信号控制下将风力发电产生的交流电转换为电网电压。
综上所述,本发明一种基于单片机的风电并网控制系统及方法通过采用基于单片机的风电并网控制系统方法,可以有效的对风机进行实时的并网,改善了风机由于并网对电网造成的冲击影响,使输出更加稳定。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰与改变。因此,本发明的权利保护范围,应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种基于单片机的风电并网控制系统,包括:
风力发电模块,包括风力发电机和霍尔传感器,用于利用风力发电并完成发电检测;
信号调理模块,用于将该霍尔传感器输出的信号进行放大并调理;
单片机控制模块,用于信号的接收和控制,产生驱动电路所需的PWM控制信号和并网退网信号;
驱动电路,用于将该单片机控制模块产生的PWM控制信号和并网退网信号进行驱动放大以用于逆变器的控制;
工作电压模块,用于产生系统工作所需低压直流电压;
逆变器,用于将风力发电产生的交流电转换为电网电压。
2.如权利要求1所述的一种基于单片机的风电并网控制系统,其特征在于:该风力发电机输出电压的一路连接至该逆变器的输入端,另一路连接至该工作电压模块的输入端以产生系统工作所需低压直流电压,霍尔传感器安装在风力发电机处,其输出通过该信号调理模块连接至该单片机控制模块的AD转换器输入端,该单片机控制模块的输出信号连接至该驱动电路的输入端,其输出连接至该逆变器的控制端,该逆变器的输出连接电网。
3.如权利要求2所述的基于单片机的风电并网控制系统,其特征在于:信号调理模块包括两个运放、电阻(R11-R17)以及滤波电容(C11-C12),霍尔传感器的输出通过电阻(R11与R12)连接至第一运放(U13A)的反相输入端,电阻(R13)跨接在第一运放(U13A)的输出和反相输入端间,电阻(R16)将第一运放(U13A)的同相输入端虚地,电阻(R14)串联连接在第一运放(U13A)输出端和第二运放(U13B)的反相输入端间,电阻(R15)跨接在第二运放(U13B)的输出和反相输入端间,电阻(R17)将第二运放(U13B)的同相输入端虚地,第二运放(U13B)的输出连接至单片机控制模块的AD采样输入端,电容(C11)与电容(C12)分别连接在正负电源和地间。
4.如权利要求3所述的基于单片机的风电并网控制系统,其特征在于:该驱动电路采用MOSFET驱动模块。
5.如权利要求4所述的基于单片机的风电并网控制系统,其特征在于:该驱动电路包括光耦隔离器、OTL互补放大电路、MOSFET管(Q1)及电阻(R21,R22,R23,R24),该光耦隔离器包括发射二极管(D2)与接收三极管(Q2),该OTL互补放大电路包括第一三极管(Q3)与第二三极管(Q4),该单片机控制模块输出的信号经电阻(R21)连接至该光耦隔离器的发射二极管(D2)的阳极,该光耦隔离器的发射二极管(D2)的阴极与该光耦隔离器的接收三极管(Q2)的发射极接地,该光耦隔离器的接收三极管(Q2)的集电极连接该第一三极管(Q3)和该第二三极管(Q4)的基极,电阻(R22)跨接在电源和该第一三极管(Q3)与该第二三极管(Q4)的基极之间作偏置,该第二三极管(Q4)的发射极接地,该第一三极管(Q3)的发射极接电源,该第一三极管(Q3)和第二三极管(Q4)的集电极接电阻(R23)的一端,电阻(R23)的另一端接电阻(R24)的一端和该MOSFET管(Q1)的栅极,该MOSFET管(Q1)的源极和电阻(R24)的另一端接地,该MOSFET管(Q1)的漏极连接至该逆变器的控制栅极。
6.如权利要求5所述的基于单片机的风电并网控制系统,其特征在于:该第一三极管为PNP三极管,该第二三极管为NPN三极管。
7.如权利要求5所述的基于单片机的风电并网控制系统,其特征在于:该单片机控制模块包括AD采样、单片机、看门狗电路模块和若干电阻及电容,当风力发电机电压数据和已知电网电压等参数一致时输出1表示并网,当数据有偏差则不输出信号,或者输出0表述退网。
8.如权利要求6所述的基于单片机的风电并网控制系统,其特征在于:该霍尔传感器为霍尔电压传感器。
9.一种基于单片机的风电并网控制方法,包括如下步骤:
步骤二,利用霍尔传感器采集风力发电机的电压信号,并由信号调理模块进行信号的放大、调理处理,送入单片机控制模块;
步骤二,单片机控制模块接收经放大调理后的信号,经模数转换后,产生驱动电路所需的PWM控制信号和并网退网信号
步骤三,由驱动电路将单片机控制模块产生的PWM控制信号和并网退网信号进行驱动放大以用于逆变器的控制;
步骤四,由逆变器在该驱动电路输出的信号控制下将风力发电产生的交流电转换为电网电压。
10.如权利要求9所述的一种基于单片机的风电并网控制方法,其特征在于:于步骤二中,当风力发电机电压数据和已知电网电压等参数一致时输出1表示并网,当数据有偏差则不输出信号,或者输出0表述退网。
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