基于DSP的网侧风电变流器控制板的设计

摘要：为了实现网侧风电变流器的控制目标，提出了一种基于DSP的网侧风力发电变流器控制板的设计方案，并完成系统的软硬件设计。该控制板的硬件部分主要是基于主控芯片TMS320LF2407A，软件部分采用C语言进行编程，能够完成模拟信号的采样、处理、输出。实际试验表明，该控制板具有控制准确，反应迅速的特点，达到设计要求。
关键词：DSP；风力发电；网侧变流器；TMS320LF2407A

能源是人类社会存在与发展的物质基础。过去200多年，建立在煤炭、石油、天然气等化石燃料基础上的能源体系极大地推动了人类社会的发展。然而，人们在物质生活和精神生活不断提高的同时，也越来越感悟到大规模使用化石燃料所带来的严重后果，资源日益枯竭，环境不断恶化。能源与环境问题已成为全球可持续发展所面临的主要问题。因此，人类必须寻求一种新的、清洁、安全、可靠的可持续能源系统。风力发电以其无污染和可再生性，日益受到世界各国的重视，风能成为保持增长最快的能源。风能资源是清洁的可再生能源，风力发电是新能源中技术最成熟、最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式之一。世界上很多国家，已经充分认识到风电在调整能源结构、缓解环境污染等方面的重要性，对风电的开发给予了高度的重视。
风电变流器是将风力发电机输出的电压幅值、频率变化的电能转换为恒压、恒频的交流电能的装置，是风力发电系统中的一个重要部件。因此，研制适用于风电转换的高可靠性、高效率、控制及供电性能良好的风力发电变流系统，是风力发电技术的研究重点，具有重要的意义。风电变流器可以分为两部分：转子侧模块和网侧模块。文中着重研究了网侧风电变流器的控制系统，以达到2个控制目标：1)保证其良好的输入特性，即输入电流的波形接近正弦，谐波含量少，功率因数接近1，这就为整个系统的功率因数的控制提供了一个途径；2)保证直流母线电压的稳定，直流母线电压的稳定是风电变流器正常工作的前提。

1 控制系统硬件设计
图1所示是网侧变流器控制板电路结构图，包括DSP控制板(DSP芯片是TI公司的TMS320LF2407A，负责A／D采样、运算控制等功能)，信号采集电路，信号放大调节电路(对霍尔传感器采集的电压、电流信号进行放大、偏移处理)，IGBT驱动、保护电路(使用光耦隔离将DSP控制板和强电部分隔离起来，降低干扰，并实现IGBT模块的保护功能)。下面介绍这几部分的电路实现。

1．1 控制芯片的选择
文中采用的是面向数字控制、运动控制的TMS320C2000系列的TMS320LF2407A，它们兼DSP的高运算速度和单片机的强控制能力。TMS320 LF2407A芯片集成了16通道10位500 ns的高性能A／D转换器；CAN2．0模块等模块。TMS320LF2407A具有2个事件管理器模块EVA和EVB事件管理器包括：2个16位通用定时器，8个16位PWM(脉宽调制)通道，可以实现三相反相器控制、PWM的中心或边缘校正，当外部引脚DPINTX出现低电平时快速关闭PWM通道，防止击穿故障的可编程的PWM死区控制，对外部事件进行定时捕捉的3个捕获单元，片内光电编码器接口电路，如此功能强大使得TMS320LF2407A大大简化了外部硬件电路的设计。