基于LabVIEW的风力发电控制系统试验平台

发电技术

基于ＬａｂＶＩＥＷ的风力发

潘令春，蔡旭，

（上海交通大学电气工程系。

验平台

［摘要］建立了变速恒频风力发电控制系统试验平台；基于ＬａｂＶＩＥＷ软件，实现了风力发电控制系统的数据采集、风机运行控制及电网监测等功能；在试验平台上对１１ｋＷ风电机组进行了样机试验。实验结果表明，试验平台能协调控制风电机组的运行，正确反映风力发电的规律，从而验证了试验平台的可行

性。

、

关键词风力发电变速恒频控制系统ＬａｂＶＩＥＷ

平台由运行ＬａｂＶＩＥＷ控制程序的工控机作为控制核心，实现风电机组的协调控制运行以及试验数据的采

１安全防护的总体策略

为了便于开展对变速恒频风力发电技术的研究，在实验事建立了变速恒频风力发电控制系统试验平台，并基于ＬａｂＶＩＥＷ编写了风力发电主控制系统的监控软件。该试验平台能很好地控制风电机组在不同风况下的运行，并能实现对实验数据的采集、保存与分析。

集和监测功能。

３基于ＬａｂＶＩＥＷ的数据采集模块

风力发电控制系统数据采集模块主要用于实现风力发电试验平台各子系统之间的通讯，包括对一系列开关量控制和反馈信号以及相关模拟信号输入／输出的采集等，本系统采用北京ＡＲＴ科技有限公司的ＰＣＩ系

２风力发电控制系统试验平台的构成与功能

交流励磁变速恒频风力发电控制系统试验平台结构如图１所示。

列数据采集卡配合ＬａｂＶＩＥＷ数据采集程序控制。

ＰＣＩ一８１９１是一块１６位３２路光隔离的连续模拟量输入卡，采样速率为５０Ｈｚ～２５０ｋＨｚ，测量精度０．１％，在数据采集模块中实现了对风场与风力机模拟系统中风速信号、桨距角等信号以及发电机转速信号的采集。用ＬａｂＶＩＥＷ实现ＰＣＩ－８１９１数据采集程序的流程框图如图２所示。

圈１风力发电系统平台总体结构框图

风力发电主控制系统监控软件是基于Ｉ。ａｂＶＩＥＷ具有友好的用户界面、强大的内置函数以及出色的仪器控制等特性，能显著缩短项日的开发周期，加之其与许多硬件设备良好的兼容性，使得ＬａｂＶＩＥＷ在工业测控领域中受到广泛应用。整个风力发电控制系统试验

图２ＰＣＩ－８１９１ＡＤ采集流程框图

收稿日期：２００８—０７—１６

作者简介：潘令春（１９８４一），硕士研究生，主要从事风力发电方

向的研究；

如图２所示，采用ＰＣＩ一８１９１数据采集卡进行数据采集时，用户甚至不用关心硬件设备的控制细节，而只需按试验要求配置ＡＤ的首末通道、采样频率等，就能通过板卡自带的采集函数轻松获得需要的ＡＤ数

蔡旭（１９６４一），教授，博士生导师，主要研究方向为电力电子与

新能源发电、配网安全与电能质量控制、配电自动化与保护。

万方数据

４电工技术Ｉ２００８１１１期１３５

发电技术

据，这样可以大大节省程序开发周期。由于用Ｌａｂ－ＶｌＥｗ工具对ＰＣＩ系列数据采集卡的编程思想大同小异，在此主要介绍试验过程中用ＰＣＩ一８１９ｌ数据采集卡实现对风速和发电机转速信号的实时采集。

在风力发电控制系统中，由于风速与风力发电机的起动、自动跟风、电机并网／脱网以及停机保护都有直接关系，因此准确测餐风速相当重要。然而，由于瞬时风速是难以预测的随机变量，对风速测量的仪器要求很高。系统中的风速是由风场与风力机模拟系统输出的，为提高测量风速的准确性，试验平台采用ＰＣＩ－８１９１数据采集卡对产生的风速进行双通道采集，然后通过对采集到的风速作平均值得到。图３为基于ＬａｂＶＩＥＷ采集到的随机风速波形。

图４为用ＬａｂＶＩＥｗ实现ＰＣＩ一８１９１对发电机转速采集波形图。

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图４发电机转速采集波形

３基于ＬａｂＶＩＥＷ的电网监测模块

风力发电控制系统电网监测模块主要实现对发电机定子电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数以及频率信号的实时监测。实验系统中采用深圳圣斯尔公司的ＣＥ－Ａ系列智能电量隔离变送器ＣＥ－ＡＪ３１－３４ＢＳ／３８０×２５，它基于ＲＳ－４８５总线输出技术，采用ＭＯＤＢＵＳ协议，通过配置一个Ｒ孓４８５／Ｒ孓２３２Ｃ转换器配合ＬａｂＶＩＥｗ软件，便可完成与带Ｒ孓２３２Ｃ通讯口的计算机的通讯。ＣＥ系列智能电量隔离变送器内数据每ｌＯＯｍｓ更新一次。

图５是用Ｉ．ａｂＶＩＥＷⅥＳＡ节点完成与智能电量隔离

变送器串口通信的子程序。ＶＩＳＡ的全称足“虚拟仪器软件架构”，是Ｎ１公司开发的一种用来与各种仪器总线进行通信的高级应用编程接口，它提供一种通用的接口，建立了与仪器接口总线无关的标准Ｉ／Ｏ软件，使用方便。

由图５，首先，需要对ＶＩＳＩ串口进行初始化配置，包括配置波特率、数据比特、奇偶校验等信息；

３６万方数据

ＷＷＷ．ｃｈｉｎａｅｔ．ｎｅｔＩ电工技术

接着按照通讯协议发送串口写命令报文，经过５０ｍｓ延时，读取串口接受到的响应报文，然后从接受到的响应报文分离出需要的字符串进行数据处理得到需要实时监测的数据结果。最后，当串口通讯程序结束时关闭串口资源。

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图５ＶｌＳＩ串口通信程序框图

４基于ＬａｂＶＩＥＷ的风机流程控制

图６为风力发电主控制系统控制风机运行的流程图。

图６风力发电主控镧系统流程图

结合图６，在风电机组启动时，主控制系统对风速的变化情况进行不问断的检测，在一定时间内平均风速大于起动风速时，输出变桨系统控制信号，风力机处于待机状态。随着风速增大，发电机转速以一定变化率上升。随后主控制器系统发出并网指令，控制风电机组并网，并实时监测系统的各部分运行参数和状态，通过监视发电机转速信号，主控制系统输出给变换器系统两个信号，一个表示有功功率校正值，一个表示无功功率，进而控制变换器系统进行最大功率跟踪。

如果保持叶尖速比恒定，即使没有达到额定功率，发电机最终将达到其转速上限，此后风力机进入转速恒定区。在这个区域，随着风速增大，发电机转速保持恒定，功率在达到极值以前一直增大。

如果此时风速继续增大，将会达到发电机功率极限，这时要求依靠变桨系统控制功率小于极限功率，可以显著提高传动系统的柔性及输出的稳定性。如果

风速持续增大超出切除风速，发电机脱网。

值得关注的是，风力发电控制系统在控制最大功率跟踪的过程中，有必要对获得的发电机转速以及相应的最优定子输出功率数据对进行统计和分析，以便于绘制实际最大功率跟踪曲线。图７是用ＬａｂＳＱＬ将最大功率跟踪点发电机转速和功率存入ＡＣＣＥＳＳ数据库的ＬａｂＶＩＥＷ程序框图。

图７ＬａｂＳＱＬ实现数据保存程序框图

如图７所示，安装好ＬａｂＳＱＬ后，在ＷｉｎｄｏｗｓＯＤＢＣ数据源中创建一个名为ＤＢ的ＤＳＮ，并指定与ＤＢ关联的数据库为ｍｙＤａｔａＢａｓｅ．ｍｄｂ。首先通过ＡＩＸ）

Ｃｒｅａｔｅ．ｖｉ和ＡＤ０ＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎＯｐｅｎ．ｖｉ建

立与数据库的连接，然后在每次执行数据库操作之前进行数据表格清空，接着执行数据库的插入操作，把获得的发电机转速和定子输出功率数据对保存到数据库的ＭＴＴＰ表格中，这一步由ＡＤｏＳＱＬ

Ｅｘｅｃｕｔｅ．ｖｉ

完成，ＳＱＬ语句为：ＩＮＳＥＲＴＩＮＴＯＭＰＰＴ（ｒｐｄ，ｐｏｗ－ｅｒ）ＶＡＬＵＥＳ（发电机转速，功率），最后关闭并消除数　

ＭＰＰＴ表格，即可得到一系列最优转送一功率数据。

图８为风力发电系统最大功率跟踪理论曲线与实际曲线的比较图。曲线０是最大功率跟踪理论曲线，曲线

１是通过样机试验在ＬａｂⅥＥＷ环境下得到的曲线。对

比曲线０和曲线１，主控制系统能较好地控制变换器在不同风速下完成最大风能捕获，最大功率跟踪性能良图８最大功率跟踪理论曲线与实际曲线比较图

图９是采用智能电量隔离变送器，通过Ｉ，ａｂＶＩＥｗＶＩＳＡ串口通讯编程得到的发电机定子侧的有功功率、无功功率以及功率因数的波形图；图１０是亚同步状态下用ＵＳＢ－２８０１数据采集卡在ＬａｂＶＩＥＷ上得到的发电

万方数据

发电教术

机定子电压Ｕａｂ和定子电流在同一时刻的波形图。

图９发电机定子侧实时波形和数据

图１０亚同步状态下发电机定子侧电压和电流波形

６结束语

本文基于ＬａｂＶＩＥＷ软件设计开发了变速恒频风力发电控制系统试验平台，操作界面清晰友好，对系统控制快速有效，且大大缩减系统的开发周期，节约了系统成本。样机试验表明，变速恒频风力发电主控制系统能协调控制风电机组的运行，并实时监测风电机组相关的电力参数，实现最大风能捕获，极大地方便了风力发电技术的研究。

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Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ据库的连接。打开磁盘上ｍｙＤａｔａＢａｓｅ数据库中的５样机试验分析

好，真实地反映了风力机最大风能捕获的变化规律。

基于LabVIEW的风力发电控制系统试验平台

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

潘令春， 蔡旭， 曹云峰， Pan Lingchun， Cai Xu， Cao Yunfeng上海交通大学电气工程系,上海,200030电工技术

ELECTRIC ENGINEERING2008(11)

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本文链接：/Periodical_dgjs200811017.aspx

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/4zi4.html