基于EtherCAT的風(fēng)電變流器并聯(lián)控制系統(tǒng)研究

【摘要】：能源和環(huán)境問題是人類需要面對和亟待解決的重大問題,清潔、可再生能源必然成為未來能源結(jié)構(gòu)的重要組成部分,風(fēng)能作為重要的清潔、可再生能源之一將是今后很長一段時間內(nèi)國家大力提倡和發(fā)展的重點。但是目前風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也遭遇了前所未有的瓶頸,如今風(fēng)力發(fā)電機組的容量越來越大,而現(xiàn)有的單個并網(wǎng)變流器功率過小,已經(jīng)遠遠不能滿足要求。而如果采用更大功率等級的器件,耗費的成本會增加很多。在目前的復(fù)雜環(huán)境下,通過變流器的并聯(lián)運行來提高系統(tǒng)的功率等級成為了許多學(xué)者研究的熱點。變流器并聯(lián)技術(shù)可以有效增加系統(tǒng)容量,但同時對每臺變流器之問的數(shù)據(jù)傳輸實時性和可靠性要求也相應(yīng)提高,傳統(tǒng)的CAN通訊或RS485通訊傳輸速率較慢,可靠性較低,導(dǎo)致各變流器模塊之間信號同步性較差,難以滿足變流器并聯(lián)的要求。針對這一問題,本文引入實時以太網(wǎng)EtherCAT技術(shù),提出一種基于EtherCAT總線技術(shù)的變流器并聯(lián)系統(tǒng)控制方案。該方案中PLC主控與各變流器從站之間通過EtherCAT數(shù)據(jù)幀進行通訊,大大提高了主從站之間的數(shù)據(jù)傳輸速率及可靠性,同時EtherCAT技術(shù)提供了精準的時鐘同步功能,從而保證各變流器從站信號傳輸?shù)囊恢滦?可以滿足風(fēng)電變流器并聯(lián)運行的要求。本文詳細介紹了EtherCAT技術(shù)的工作原理及分布時鐘功能,選用倍福公司CX2030型號的PLC作為變流器并聯(lián)系統(tǒng)的主站控制器,同時利用EtherCAT從站接口控制器ET1100與DSP芯片TMS320F28335共同開發(fā)了一套風(fēng)電變流器的從站設(shè)備,構(gòu)建了一主多從的EtherCAT控制系統(tǒng)架構(gòu),并進一步給出了控制系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計方法。最后,采用四臺500KW三電平風(fēng)電變流器兩兩并聯(lián)組成一套完整的變流器功率循環(huán)試驗平臺,在該實驗平臺將本文設(shè)計的EtherCAT方案和傳統(tǒng)的CAN通訊方案進行實驗對比,實驗結(jié)果表明EtherCAT方案合理、可行,且較CAN通訊方案各從站變流器間的差模環(huán)流更小。 【關(guān)鍵詞】：EtherCAT協(xié)議 ET1100 風(fēng)電變流器 并聯(lián) 實時性
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM614;TM46
【目錄】：

• 致謝7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 緒論15-22
• 1.1 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和變流器控制系統(tǒng)的研究背景及國內(nèi)外現(xiàn)狀15-17
• 1.2 實時工業(yè)以太網(wǎng)概述17-20
• 1.2.1 IEC61158：現(xiàn)場總線規(guī)范(Industrial communicationnetworks-Fieldbus specifications)17-18
• 1.2.2 IEC61784：行規(guī)規(guī)范(Industrial communicationnetworks-Profiles)18-20
• 1.3 本文主要內(nèi)容20-22
• 第二章 實時以太網(wǎng)EtherCAT協(xié)議22-32
• 2.1 EtherCAT的系統(tǒng)組成22-24
• 2.1.1 EtherCAT主站的組成22
• 2.1.2 EtherCAT從站的組成22-24
• 2.1.3 EtherCAT系統(tǒng)的物理拓撲結(jié)構(gòu)24
• 2.2 EtherCAT數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)24-25
• 2.3 EtherCAT工作原理25-26
• 2.4 EtherCAT技術(shù)通訊實時性及分布時鐘功能26-29
• 2.4.1 EtherCAT技術(shù)通訊實時性26
• 2.4.2 EtherCAT技術(shù)的分布時鐘功能26-29
• 2.5 EtherCAT通訊模式29-31
• 2.5.1 EtherCAT周期性數(shù)據(jù)通信模式29-30
• 2.5.2 EtherCAT非周期性數(shù)據(jù)通信模式30-31
• 2.6 本章小結(jié)31-32
• 第三章 基于EtherCAT的風(fēng)電變流器并聯(lián)方式選擇32-38
• 3.1 風(fēng)電變流器并聯(lián)方式分析32-36
• 3.1.1 功率模塊并聯(lián)方式32-33
• 3.1.2 器件級直接并聯(lián)33-34
• 3.1.3 橋臂側(cè)串電感并聯(lián)34-35
• 3.1.4 共直流母線系統(tǒng)級并聯(lián)35
• 3.1.5 獨立直流母線系統(tǒng)級并聯(lián)35-36
• 3.2 基于EtherCAT技術(shù)的風(fēng)電變流器并聯(lián)控制方案36-37
• 3.3 本章小結(jié)37-38
• 第四章 基于EtherCAT的風(fēng)電變流器并聯(lián)控制系統(tǒng)設(shè)計38-63
• 4.1 EtherCAT控制方案硬件設(shè)計38-49
• 4.1.1 主從站元器件選擇及資源分配38-40
• 4.1.2 從站硬件電路設(shè)計40-45
• 4.1.3 EtherCAT控制方案主電路參數(shù)設(shè)計45-49
• 4.2 EtherCAT控制方案軟件設(shè)計49-62
• 4.2.1 EtherCAT方案控制時序圖49-54
• 4.2.2 主從站功能及通訊協(xié)議54-56
• 4.2.3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計56-62
• 4.3 本章小結(jié)62-63
• 第五章 EtherCAT控制方案實驗研究63-68
• 5.1 實驗平臺搭建63-64
• 5.2 實驗過程及結(jié)果分析64-67
• 5.2.1 穩(wěn)態(tài)運行過程64-66
• 5.2.2 暫態(tài)過渡過程66-67
• 5.3 本章小結(jié)67-68
• 第六章 展望和總結(jié)68-70
• 6.1 總結(jié)68-69
• 6.2 展望69-70
• 參考文獻70-73
• 攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)活動及成果情況73

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