CN108809126A - 一种基于峰谷电流实时监测的风力涡轮机ac-dc控制方法 - Google Patents

一种基于峰谷电流实时监测的风力涡轮机ac-dc控制方法 Download PDF

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Abstract

一种基于峰谷电流实时监测的风力涡轮机AC‑DC控制方法，该方法的实现利用峰谷电流检测器模块和数字控制电路模块实现；AC‑DC转换器电路中包含电抗器L、输出电容器C0、负载电阻R0、感测电阻Rs、控制开关Tr、电容C1、电容C、电感L1和二极管D1～D5；本方法采用滞环电流控制，比平均和峰值电流控制具有更高的稳定性，比滞后电流控制实时性更好，所提出的AC‑DC转换器连接同步发电机的每个相位，实现了电流实时监测及同步控制，比以往普遍采用的连续电流控制具有更高的可靠性，克服了以往方法峰值电流需延迟检测的缺点，因此可以在峰谷电流检测中实现实时响应，无需延迟峰谷电流检测。

Description

一种基于峰谷电流实时监测的风力涡轮机AC-DC控制方法
技术领域
本发明涉及发电技术领域，尤其是一种基于峰谷电流实时监测的风力涡轮机AC-DC控制方法。
背景技术
可再生能源发电已被推广用以预防全球能源紧缺，风力发电被认为是世界上最廉价的可再生能源。为了将发电机发出的电能传送到直流母线中，风力发电机需要连接交流-直流变换器。目前，变换器的控制方式主要有连续电流控制、边界电流控制和间断电流控制三种控制方式，通常使用连续电流控制来降低电抗器电流的峰值，连续电流控制方式又分为平均，峰值和滞后电流控制，平均和峰值电流控制稳定性不高，滞后电流控制具有较高的稳定性，但是如果不使用快速采样AD转换器和快速处理电路根本不可能检测瞬时峰值和谷值电流，因而需要提出一种新的滞环控制方式，稳定性好且能对电流进行实时监测，能对电流控制同时实现稳定性和实时检测的一种基于峰谷电流实时监测的风力涡轮机AC-DC控制方法。
本发明就是为了解决以上问题而进行的改进。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种对电流控制实时性更好，实现了电流实时监测及同步控制，具有更高的可靠性，无需延迟峰谷电流检测，可以在峰谷电流检测中实现实时响应的基于峰谷电流实时监测的风力涡轮机AC-DC控制方法。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于峰谷电流实时监测的风力涡轮机AC-DC控制方法，该方法的实现利用峰谷电流检测器模块和数字控制电路模块实现，其实施步骤为：
S1、将输出电压eo和全部整流输入电压ei分别输入第一前置放大器和第二前置放大器，分别经第一前置放大器和第二前置放大器处理后进入步骤S2；
S2、第一数模转换电路和第二数模转换电路分别接收步骤S1中经第一前置放大器和第二前置放大器处理后的信号，然后将处理后的数字信号输入到PI控制器中；
S3、所述PI控制器包含第一PI控制器和第二PI控制器，ei和eo的数字值被输入到第一PI控制器和第二PI控制器中，在第一PI控制器中计算出数字反馈值Npl1，在第二PI控制器中计算出数字反馈值Npl2；
S4、将步骤S3中PI控制器计算出的数字反馈值Npl1和数字反馈值Npl2分别输入到第一延时电路和第二延时电路中分别产生延时信号SD1和SD2，此时峰谷电流检测器模块接收延时信号SD1和SD2；
S5、步骤S4中的峰谷电流检测器模块包含峰值电流检测器和谷值电流检测器，所述峰值电流检测器接收延时信号SD1，谷值电流检测器接收延时信号SD2；
S6、第三前置放大器接收感测电阻Rs的电压eL经放大后产生电压es，然后被输入到步骤S5中的峰谷电流检测器模块中；
S7、在步骤S6中电压es被输入到检测器中以感测峰值电流Scs1和谷值电流Scs2，最后通过PWM发生器产生能控制Tr打开和关闭的信号Sw；
进一步的，所述步骤S1中的输出电压eo和全部整流输入电压ei由AC-DC转换器电路产生；
所述AC-DC转换器电路中包含电抗器L、输出电容器C0、负载电阻R0、感测电阻Rs、控制开关Tr、电容C1、电容C、电感L1和二极管D1～D5；
更进一步的，所述AC-DC转换器电路中还包含交流电接入端、驱动电路A和控制电路B，所述电感L1的一端与交流电的火线相连，电感L1的另一端分别与二极管D1的正极和电容C1的一端相连；
所述电容C1的另一端分别与交流电的零线和二极管D4的负极相连，所述二极管D1和二极管D3串联，二极管D2和二极管D4串联，所述二极管D1的负极和二极管D2的负极相连后与电抗器L的一端相连，电抗器L的另一端与感测电阻Rs串联后分别与二极管D5的正极和控制开关Tr的引脚2相连，所述二极管D3和二极管D4的正极相连后分别与电容C的一端和控制开关Tr的引脚3相连，所述电容C的另一端与控制电路B相连，所述控制电路B控制驱动电路A，驱动电路A与控制开关Tr的引脚1相连；
具体的，所述步骤S4和步骤S5中的峰谷电流检测器模块由RC积分器、比较器和RS触发器组成。
PI控制器是一种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。
工作原理为：本发明提出的方法基于峰谷电流实时监测，提出一种电流峰值检测电路同时此电路也可用于电流谷值检测，所提出的转换器应该连接同步发电机的每个相位，以实现在峰值及谷值电流检测中实现实时响应。峰值电流模式控制通常由模拟控制实现，本发明提出的控制方式是数字控制，使用RC积分器和比较器作为用于峰谷电流的AD转换，RC积分器和比较器可以将检测到的电流值实时转换为时间，因此此方法和传统方法不同，AD转换部分可以实时监测电流。
本发明的优点在于：本方法采用滞环电流控制，比平均和峰值电流控制具有更高的稳定性，比滞后电流控制实时性更好，所提出的AC-DC转换器连接同步发电机的每个相位，实现了电流实时监测及同步控制，比以往普遍采用的连续电流控制具有更高的可靠性，克服了以往方法峰值电流需延迟检测的缺点，因此可以在峰谷电流检测中实现实时响应，无需延迟峰谷电流检测。
附图说明
图1是本发明提出的一种基于峰谷电流实时监测的风力涡轮机AC-DC控制方法中数字控制电路框图。
图2是本发明提出的一种基于峰谷电流实时监测的风力涡轮机AC-DC控制方法的AC-DC转换器的结构图。
图3是本发明中涉及到的峰值电流检测器的电路图。
图4是本发明中涉及到的谷值电流检测器的电路图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。
如图1、图2、图3、图4所示，该一种基于峰谷电流实时监测的风力涡轮机AC-DC控制方法，该方法的实现利用峰谷电流检测器模块和数字控制电路模块实现，其实施步骤为：
S1、将输出电压eo和全部整流输入电压ei分别输入第一前置放大器和第二前置放大器，分别经第一前置放大器和第二前置放大器处理后进入步骤S2；
S2、第一数模转换电路和第二数模转换电路分别接收步骤S1中经第一前置放大器和第二前置放大器处理后的信号，然后将处理后的数字信号输入到PI控制器中；
S3、PI控制器包含第一PI控制器和第二PI控制器，ei和eo的数字值被输入到第一PI控制器和第二PI控制器中，在第一PI控制器中计算出数字反馈值Npl1，在第二PI控制器中计算出数字反馈值Npl2；
S4、将步骤S3中PI控制器计算出的数字反馈值Npl1和数字反馈值Npl2分别输入到第一延时电路和第二延时电路中分别产生延时信号SD1和SD2，此时峰谷电流检测器模块接收延时信号SD1和SD2；
S5、步骤S4中的峰谷电流检测器模块包含峰值电流检测器和谷值电流检测器，峰值电流检测器接收延时信号SD1，谷值电流检测器接收延时信号SD2；
S6、第三前置放大器接收感测电阻Rs的电压eL经放大后产生电压es，然后被输入到步骤S5中的峰谷电流检测器模块中；
S7、在步骤S6中电压es被输入到检测器中以感测峰值电流Scs1和谷值电流Scs2，最后通过PWM发生器产生能控制Tr打开和关闭的信号Sw；
进一步的，步骤S1中的输出电压eo和全部整流输入电压ei由AC-DC转换器电路产生；
AC-DC转换器电路中包含电抗器L、输出电容器C0、负载电阻R0、感测电阻Rs、控制开关Tr、电容C1、电容C、电感L1和二极管D1～D5；
更进一步的，AC-DC转换器电路中还包含交流电接入端、驱动电路A和控制电路B，电感L1的一端与交流电的火线相连，电感L1的另一端分别与二极管D1的正极和电容C1的一端相连；
电容C1的另一端分别与交流电的零线和二极管D4的负极相连，二极管D1和二极管D3串联，二极管D2和二极管D4串联，二极管D1的负极和二极管D2的负极相连后与电抗器L的一端相连，电抗器L的另一端与感测电阻Rs串联后分别与二极管D5的正极和控制开关Tr的引脚2相连，二极管D3和二极管D4的正极相连后分别与电容C的一端和控制开关Tr的引脚3相连，电容C的另一端与控制电路B相连，控制电路B控制驱动电路A，驱动电路A与控制开关Tr的引脚1相连；
具体的，步骤S4和步骤S5中的峰谷电流检测器模块由RC积分器、比较器和RS触发器组成。
PI控制器是一种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制；
RS触发器由两个输入端R、S和两个输出端Q、Q非；
RC积分器由一个电阻Ri和一个电容Ci构成。
如图2中，ei和eo的数字值被输入到第一PI控制器和第二PI控制器中，在第一PI控制器中计算出数字反馈值Npl1，在第二PI控制器中计算出数字反馈值Npl2，Npl1和Npl2用来调节eo，再把Npl1和Npl2输入到第一延时电路和第二延时电路中分别产生延时信号SD1和SD2，峰谷电流检测器模块中的峰值电流检测器和谷值电流检测器分别接收信号SD1和SD2，此时eL通过第三前置放大器后被放大的电压es被输入到检测器中以感测峰值电流Scs1和谷值电流Scs2，最后然后通过PWM发生器产生能控制Tr打开和关闭的信号Sw；
在图1中，eac是交流输入电压，iac是交流输入电流，L是电抗器，Co是输出电容器，ei是全部整流输入电压，iL是电抗器电流，eL是感测电阻Rs的电压，eo是输出电压，Ro是负载电阻，控制电路检测ei，eo，eL，其中eL＝RsiL。
在图3中，当SD1断开时，斜坡电压Vrc1会变大，由于偏置电压VB和Ci并联连接，所以在图4中SD2关断后，Vrc2减小，然后把Vrc1和Vrc2分别与阈值电压Vth1和Vth2进行比较，SCS1和SCS2在电抗器电流感测期间处于导通状态，RS触发器的作用是消除电路抖动。
本发明提出的方法基于峰谷电流实时监测，提出一种电流峰值检测电路同时此电路也可用于电流谷值检测，所提出的转换器应该连接同步发电机的每个相位，以实现在峰值及谷值电流检测中实现实时响应。峰值电流模式控制通常由模拟控制实现，本发明提出的控制方式是数字控制，使用RC积分器和比较器作为用于峰谷电流的AD转换，RC积分器和比较器可以将检测到的电流值实时转换为时间，因此此方法和传统方法不同，AD转换部分可以实时监测电流。
本方法采用滞环电流控制，比平均和峰值电流控制具有更高的稳定性，比滞后电流控制实时性更好，所提出的AC-DC转换器连接同步发电机的每个相位，实现了电流实时监测及同步控制，比以往普遍采用的连续电流控制具有更高的可靠性，克服了以往方法峰值电流需延迟检测的缺点，因此可以在峰谷电流检测中实现实时响应，无需延迟峰谷电流检测。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (4)

1.一种基于峰谷电流实时监测的风力涡轮机AC-DC控制方法，其特征在于：该方法的实现利用峰谷电流检测器模块和数字控制电路模块实现，其实施步骤为：
S1、将输出电压eo和全部整流输入电压ei分别输入第一前置放大器和第二前置放大器，分别经第一前置放大器和第二前置放大器处理后进入步骤S2；
S2、第一数模转换电路和第二数模转换电路分别接收步骤S1中经第一前置放大器和第二前置放大器处理后的信号，然后将处理后的数字信号输入到PI控制器中；
S3、所述PI控制器包含第一PI控制器和第二PI控制器，ei和eo的数字值被输入到第一PI控制器和第二PI控制器中，在第一PI控制器中计算出数字反馈值Npl1，在第二PI控制器中计算出数字反馈值Npl2；
S4、将步骤S3中PI控制器计算出的数字反馈值Npl1和数字反馈值Npl2分别输入到第一延时电路和第二延时电路中分别产生延时信号SD1和SD2，此时峰谷电流检测器模块接收延时信号SD1和SD2；
S5、步骤S4中的峰谷电流检测器模块包含峰值电流检测器和谷值电流检测器，所述峰值电流检测器接收延时信号SD1，谷值电流检测器接收延时信号SD2；
S6、第三前置放大器接收感测电阻Rs的电压eL经放大后产生电压es，然后被输入到步骤S5中的峰谷电流检测器模块中；
S7、在步骤S6中电压es被输入到检测器中以感测峰值电流Scs1和谷值电流Scs2，最后通过PWM发生器产生能控制Tr打开和关闭的信号Sw。
2.若权利要求1所述的一种基于峰谷电流实时监测的风力涡轮机AC-DC控制方法，其特征在于，所述步骤S1中的输出电压eo和全部整流输入电压ei由AC-DC转换器电路产生；
所述AC-DC转换器电路中包含电抗器L、输出电容器C0、负载电阻R0、感测电阻Rs、控制开关Tr、电容C1、电容C、电感L1和二极管D1～D5。
3.若权利要求2所述的一种基于峰谷电流实时监测的风力涡轮机AC-DC控制方法，其特征在于，所述AC-DC转换器电路中还包含交流电接入端、驱动电路A和控制电路B，所述电感L1的一端与交流电的火线相连，电感L1的另一端分别与二极管D1的正极和电容C1的一端相连；
所述电容C1的另一端分别与交流电的零线和二极管D4的负极相连，所述二极管D1和二极管D3串联，二极管D2和二极管D4串联，所述二极管D1的负极和二极管D2的负极相连后与电抗器L的一端相连，电抗器L的另一端与感测电阻Rs串联后分别与二极管D5的正极和控制开关Tr的引脚2相连，所述二极管D3和二极管D4的正极相连后分别与电容C的一端和控制开关Tr的引脚3相连，所述电容C的另一端与控制电路B相连，所述控制电路B控制驱动电路A，驱动电路A与控制开关Tr的引脚1相连。
4.若权利要求1所述的一种基于峰谷电流实时监测的风力涡轮机AC-DC控制方法，其特征在于，所述步骤S4和步骤S5中的峰谷电流检测器模块由RC积分器、比较器和RS触发器组成。
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