基于DSP的網(wǎng)側(cè)風(fēng)電變流器控制板的設(shè)計(jì)

摘要：為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)風(fēng)電變流器的控制目標(biāo)，提出了一種基于DSP的網(wǎng)側(cè)風(fēng)力發(fā)電變流器控制板的設(shè)計(jì)方案，并完成系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。該控制板的硬件部分主要是基于主控芯片TMS320LF2407A，軟件部分采用C語(yǔ)言進(jìn)行編程，能夠完成模擬信號(hào)的采樣、處理、輸出。實(shí)際試驗(yàn)表明，該控制板具有控制準(zhǔn)確，反應(yīng)迅速的特點(diǎn)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
關(guān)鍵詞：DSP；風(fēng)力發(fā)電；網(wǎng)側(cè)變流器；TMS320LF2407A

能源是人類(lèi)社會(huì)存在與發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。過(guò)去200多年，建立在煤炭、石油、天然氣等化石燃料基礎(chǔ)上的能源體系極大地推動(dòng)了人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展。然而，人們?cè)谖镔|(zhì)生活和精神生活不斷提高的同時(shí)，也越來(lái)越感悟到大規(guī)模使用化石燃料所帶來(lái)的嚴(yán)重后果，資源日益枯竭，環(huán)境不斷惡化。能源與環(huán)境問(wèn)題已成為全球可持續(xù)發(fā)展所面臨的主要問(wèn)題。因此，人類(lèi)必須尋求一種新的、清潔、安全、可靠的可持續(xù)能源系統(tǒng)。風(fēng)力發(fā)電以其無(wú)污染和可再生性，日益受到世界各國(guó)的重視，風(fēng)能成為保持增長(zhǎng)最快的能源。風(fēng)能資源是清潔的可再生能源，風(fēng)力發(fā)電是新能源中技術(shù)最成熟、最具規(guī)模開(kāi)發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式之一。世界上很多國(guó)家，已經(jīng)充分認(rèn)識(shí)到風(fēng)電在調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、緩解環(huán)境污染等方面的重要性，對(duì)風(fēng)電的開(kāi)發(fā)給予了高度的重視。
風(fēng)電變流器是將風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的電壓幅值、頻率變化的電能轉(zhuǎn)換為恒壓、恒頻的交流電能的裝置，是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的一個(gè)重要部件。因此，研制適用于風(fēng)電轉(zhuǎn)換的高可靠性、高效率、控制及供電性能良好的風(fēng)力發(fā)電變流系統(tǒng)，是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究重點(diǎn)，具有重要的意義。風(fēng)電變流器可以分為兩部分：轉(zhuǎn)子側(cè)模塊和網(wǎng)側(cè)模塊。文中著重研究了網(wǎng)側(cè)風(fēng)電變流器的控制系統(tǒng)，以達(dá)到2個(gè)控制目標(biāo)：1)保證其良好的輸入特性，即輸入電流的波形接近正弦，諧波含量少，功率因數(shù)接近1，這就為整個(gè)系統(tǒng)的功率因數(shù)的控制提供了一個(gè)途徑；2)保證直流母線電壓的穩(wěn)定，直流母線電壓的穩(wěn)定是風(fēng)電變流器正常工作的前提。

1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
圖1所示是網(wǎng)側(cè)變流器控制板電路結(jié)構(gòu)圖，包括DSP控制板(DSP芯片是TI公司的TMS320LF2407A，負(fù)責(zé)A／D采樣、運(yùn)算控制等功能)，信號(hào)采集電路，信號(hào)放大調(diào)節(jié)電路(對(duì)霍爾傳感器采集的電壓、電流信號(hào)進(jìn)行放大、偏移處理)，IGBT驅(qū)動(dòng)、保護(hù)電路(使用光耦隔離將DSP控制板和強(qiáng)電部分隔離起來(lái)，降低干擾，并實(shí)現(xiàn)IGBT模塊的保護(hù)功能)。下面介紹這幾部分的電路實(shí)現(xiàn)。

1．1 控制芯片的選擇
文中采用的是面向數(shù)字控制、運(yùn)動(dòng)控制的TMS320C2000系列的TMS320LF2407A，它們兼DSP的高運(yùn)算速度和單片機(jī)的強(qiáng)控制能力。TMS320 LF2407A芯片集成了16通道10位500 ns的高性能A／D轉(zhuǎn)換器；CAN2．0模塊等模塊。TMS320LF2407A具有2個(gè)事件管理器模塊EVA和EVB事件管理器包括：2個(gè)16位通用定時(shí)器，8個(gè)16位PWM(脈寬調(diào)制)通道，可以實(shí)現(xiàn)三相反相器控制、PWM的中心或邊緣校正，當(dāng)外部引腳DPINTX出現(xiàn)低電平時(shí)快速關(guān)閉PWM通道，防止擊穿故障的可編程的PWM死區(qū)控制，對(duì)外部事件進(jìn)行定時(shí)捕捉的3個(gè)捕獲單元，片內(nèi)光電編碼器接口電路，如此功能強(qiáng)大使得TMS320LF2407A大大簡(jiǎn)化了外部硬件電路的設(shè)計(jì)。