1 导言
现在风电技能可分为恒速恒频操控办法和VSCF操控办法。VSCF风力发电机可供给更高的风能运用功率，故越来越多地用于大功率机组。在此规划了依据TMS320C28346型DSP与FPGA的双馈式风力发电变流器体系。操控体系渠道选用主频300 MHz的DSP芯片与FPGA一起操控，大大进步了体系的安稳性以及实时性。操控体系选用矢量操控技能和功率闭环的变速操控战略。最终在自主研制的2 MW双馈式风电变流器的样机进步行了试验和现场试运转，验证了操控体系的牢靠性。
2 操控体系硬件渠道
1．5 MW双馈式风电变流器硬件渠道选用主频为150 MHz的TMS320C28335+CPLD计划，但在进行低电压穿越试验与强励磁试验进程中，发现运算速度无法满意试验要求。因而规划了风电、光伏变流器共同的硬件渠道。选用模块化规划，依照功用划分为体系中心操控板、开关电源、开入接口板、采样板、光纤接口板、通讯板、毛病录波板与总线底板，并在机箱中预留插板方位。其间中心操控板选用TMS320C28346型DSP与FPGA芯片一起构成，极大地提升了牢靠性与运算速度。操控渠道选用模块化规划思维，能兼容全功率等级双馈、直驱变流器与光伏逆变器操控体系，装备多路信号收集通道、信号输出通道与通讯接口，具有多种PWM输出和维护计划，选用规范6U机箱结构，操控体系硬件渠道总体计划见图1。
2 MW双馈式变流器均选用塔上装置办法，给毛病诊断带来必定困难。为进步调试与毛病诊断速度，选用WIFI通讯与毛病录波相结合的方
案。选用大容量NVSRAM与FLASH芯片相结合，实时功用较高的毛病发生时刻的变量存储在掉电不丢掉的快速NVSRAM中，实时性相对较低的运转数据存在FLASH芯片中。当变流器呈现毛病停机时，塔下调试人员可经过电脑或手持设备与操控体系进行WIFI衔接，并读取毛病前后120 s内的体系运转数据，以便于毛病诊断与剖析。现场调试完毕后，可经过WIFI模块将FLASH芯片中的运转数据发送到互联网上，以供厂商长途监控，可进步风电场运转功率。
3 DSP与FPGA中心板规划
DSP与FPGA操控板是操控渠道的中心，首要包含传感器信号调度电路、毛病维护电路、通讯电路、存储电路等。体系结构如图2所示，FPG A经过数据总线、地址总线、操控I／O别离与ADS8364和DSP芯片衔接，完结数据交换。
FPGA规划归于数字电路硬件规划，运转速度相对较快，故一般将算法比较固定且对体系实时性和速度要求较高的算法模块参加到FPGA，首要包含：A／D芯片操控、空间矢量脉宽调制（SVPWM）核算、Park与Clarke改换核算、PWM输出操控、快速维护逻辑操控与开入开出逻辑操控。将需求常常修正的软件算法放到DSP中完结，首要功用包含数据的存储与调用、体系运转操控、数据通讯、PI调理器操控、低电压穿越操控等功用。FPAG经过操控ADS8364采样得到传感器数据进入FPGA内部的数据运算单元，依据预置的Clarke与Park改换算法进行运算，得到正序与负序的ud，uq，id，iq，并将核算结果传送给DSP；DSP调用直流稳压核算模块、电流电压闭环PI模块、低电压穿越检测模块对FPGA输入的数据进行核算，并将核算结果经过数据总线传送给FPGA，FPGA将接收到的核算结果进行Park反改换，并经过SVPWM模块发生12路PWM波形别离来操控机侧变流器和网侧变流器IGBT开关器材注册与关断，从而操控变流器输出所需的电压波形。
4 双PWM变流器的操控
双PWM型变流器由网侧和机侧两个PWM变流器组成，各自功用相对独立。网侧变流器首要功用是完结沟通侧输入单位功率因数操控和在各种状况下坚持直流环节电压安稳，确保机侧变流器甚至整个DFIG励磁体系牢靠作业，机侧变流器首要功用是在转子侧完结DFIG的矢量改换控
制，确保DFIG输出解耦的有功功率和无功功率。两个变流器经过相对独立的操控体系完结各自的功用。这儿的双PWM型变流器选用不同的操控战略，其间机侧变流器经过DFIG定子磁链定向进行操控，网侧变流器则经过电网电压定向进行操控，操控战略结构如图3所示。
4．1 转子侧变流器操控
转子侧变流器方针是有功功率和无功功率解耦操控，并为发电机转子侧供给励磁，以完结定子侧的恒频输出。为完结DFIG的功率解耦操控，列出DFIG有功、无功功率：Ps=udsids+uqsiqs，Qs=uqsids-udsiqs。选用依据定子磁场定向的矢量操控战略并疏忽工频下的DFIG定子电阻，可简化为：
Ps=-u1iqs，Qs=-u1ids （1）
由上式可知，DFIG输出有功功率Ps与定子电流的转矩重量iqs成正比，无功功率Qs与励磁重量ids成正比。因为Ps和Qs的调理是经过DFIG转子侧电压型变流器完结的，推导出转子电压与iqs，ids之间的联系如下：
udr’，uqr’为完结转子电压、电流解耦操控的解耦项；△udr，△uqr为消除转子电压、电流穿插耦合的补偿项。将转子电压分解为解耦项和补偿项，既简化了操控，又能确保操控精度和动态呼应的快速性。构建转子侧PWM变流器操控体系见图4。
在转子侧变流器操控中，经过检测定子两相电压得到定子磁通角，并进行定子磁链核算。经过光电编码器得到转子速度，积分可得转子初始方位视点。定子电压频率减去转子转速频率可得转差频率。在转速功率双闭环操控中，依据主控无功给定，核算出d轴电流指令，使定子侧运转在指定的功率因数；依据主控的转矩给定和实践的磁链可推导出q轴电流指令，以此来调理电机转速。将得到的d，q轴电流值加上各自的耦合项反改换到两相停止坐标系下，作为SVPWM的输入值来操控转子侧变流器。
4．2 网侧变流器操控
网侧变流器操控方针是：坚持输出直流电压稳定且有杰出的动态呼应才能；确保沟通侧输入电流正弦，功率因数为1。
在网侧变流器操控中，因为电网电压坚持不变，所以这儿选用依据电网电压定向矢量操控技能。将三相停止坐标下的变流器模型转换到两相旋转坐标系下，并将沟通侧三相电流改换到d，q坐标系下的电流重量id，iq进行解耦操控，得：
udr=-udr’+△udr+us，uqr=-uqr’-△uqr （3）
式中：us为电网电压；udr，uqr为变流器输出d，q轴电压重量。
规划出网侧PWM变流器操控模型如图5所示。整个体系选用双闭环操控，内环为电流操控环，外环为电压操控环。电压外环中，将直流环节实测电压值与指令值做比较，差错经过PI调理器调理作为d轴电压的指令值。电流内环中，将实测电流的q轴重量与指令值做比较，差错经过PI调理器作为q轴电压的指令值。将d，q轴电压指令值改换到两相停止坐标系下，得到电压SVPWM的调制信号，以此来操控网侧变流器。
5 SVPWM算法的FPGA完结
双PWM型变流器选用电压SVPWM办法操控其开关器材的通断。与SPWM比较，SVPWM具有谐波按捺效果好、呼应快速、电压运用率高、电流波形畸变小、转矩脉动低一级长处，已在电机驱动方面得到了广泛应用。在此首要论述FPGA软件规划中SVPWM算法的完结，如图6所示。
整个算法选用顶层文件规划办法，运用Verilog HDL言语编写。经过A／D操控模块操控ADS8364芯片进行采样，采样得到的电压、电流别离进入Clarke改换模块和三相锁相环模块。DSP经过PI调理器输出的ud，uq，经过Park改换后得到uα，uβ，并送入SVPWM模块，进行扇区判别与矢量效果时刻核算。因为调制进程或许呈现过调制现象导致输出电压波形呈现失真，因而参加选用份额缩小算法的过调制模块，信号经过调制后即可进入比较模块与三角波进行比较输出PWM波形，为避免上、下桥臂呈现直通，参加死区操控模块，死区时刻由DSP操控；PWM脉冲分配模块设置了死区时刻的PWM输出与维护信号进行逻辑核算，确保在呈现毛病及过流时能及时封闭脉冲，维护逆变器。
6 试验验证
2 MW双馈变流器应用于风力发电体系，沟通电网电压等级为690 V，额外中心直流电压为1．1 kV，网侧变流器额外容量670 kVA，转子侧变流器额外容量960 kVA。图7示出直流电压Udr；电网电压、电流ug，ig；定子电流、电压is，us试验波形。
测验了满载时的电流谐波畸变率（THD），此刻发电机转速1755 r·min-1，体系功率达2 150 kW，转矩T=11 698 N·m，三相电流中最大的THD=2．94％，小于国标的5％。
图7a为定子并网后的波形，可见，并网后定子电流正弦度很高，阐明该体系具有杰出的并网特性，且并网对电网冲击小；由图7b可见，发电机转速为1 200 r·min-1，功率为200 kW，此刻发电机处于亚同步运转状况，可见该体系具有杰出的稳态特性；图7c显现了变流器在超同步状况下，即1755 r·min-1时网侧输出理性无功功率，无功电流到达580 A，功率因数为0．949。
7 定论
经过自主研制的2 MW双馈式变流器操控体系获得了杰出的并网波形以及稳态后的电压和电流波形，证明了网侧和转子侧变流器操控战略的可行性。现在该体系现已完结了整机测验，并在风场进行了试运转，遭到共同好评。
