风力发电场并网同期控制装置设计及软件仿真(5)
因此，必须通过合理的发电机并网技术来抑制并网冲击电流，并网技术已成为风力发电技术中的一个不可忽视的环节。因此，我们需要设计一个同期控制装置，对风电并网进行同期控制，这个装置的主要功能在于，分别采集公用电网侧和风力发电厂侧的电能数据，如电压，频率和相角等。当接到并网命令后，控制装置将电网侧和风电场侧的电能数据进行横向比较，如果两侧数据存在较大误差，不符合并网规定的，则并网开关继续断开，控制装置继续采集两侧电网的数据，直到当发电场和公用电网侧电气参数数据误差在设定允许的范围之内时，控制装置控制闸刀闭合，风电场侧开始向共用电网侧输电。但由于条件限制，此方案并不能与实际的现场设备连接进行实验，只能通过软件，采用仿真的方式来验证。
2.2 风力发电并网同期控制装置的控制方案
控制装置毫秒级周期采集风电场侧和电网侧电能数据，然后将两侧数据按国家标准进行比较，具体要求如下：
(1) 电压偏差
风电场接入电力系统时，并网点的电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的 10％，一般应为额定电压的－3％～＋7％。限值也可由电网运营企业和风电场开发运营企业根据电网特点、风电场位置及规模等共同确定。
(2) 电压变动
风电场在公共连接点引起的电压变动 d（％）应当满足表1的要求。
表2.1 电压变动限值
上表中r表示电压变动频度，指单位时间内电压变动的次数（电压由大到小或由小到大各算一次变动）。同一方向的若干次变动，如间隔时间小于 30ms，则算一次变动。 [6]
(3) 风电场运行频率
风电场可以在表 2.2 所示电网频率偏离下运行：
表 2.2 风电场频率异常允许运行时间
2.3 风力发电并网同期控制装置功能的实现
2.3.1 系统方案概述
以达到对风电场进行并网运行为目的，设计出并网装置，首先要对风电场的几项相关的电气参数进行测量（电压，频率，相角等），与公用电网进行比对，若满足并网的条件，即可发出并网命令进行并网。
此装置主要对升压变压器的高压侧电压，相角，频率进行测量，之后再运用C语言编写的程序进行运算。之后，将数据送入单片机中进行比较，若偏差在允许的范围内，则从单片机的一个引脚输出控制信号驱动MOSFET，使其开通，输出合闸命令，等待合闸倒前时间后，完成并网工作，否则MOSFET关断，退出并网工作。
2.3.2 系统总体结构 图2.1系统硬件设计流程图
如图2.1所示，根据测试系统的功能，系统硬件可以分为工作电源模块，信号调理模块，单片机控制模块，MOSFET驱动模块。被侧信号再经过传感器进行电气隔离以及信号调理电路差放大，被引入到A/D芯片把被测的模拟信号转换成数字信号，送入单片机中进行数据采集，由单片机中的CPU对该数字信号进行处理和分析。最后，经过比较输出控制信号，传入MOSFET控制其开通或者关断。
图2.2 电压信号调理模块电路图
电压信号调理电路由霍尔传感器，滤波电路等组成。电压信号传入霍尔传感器，同时经过霍尔芯片进行隔离，输出弱电信号，经过滤波之后，送入AD转换芯片，进行电压监测。
图2.3 MOSFET驱动模块电路图
MOSFET驱动电路主要由光耦隔离芯片和MOSFET组成。单片机输出并网控制信号通过光耦隔离驱动MOSFET工作，实现并网。由于关耦合器输入输出间相互隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。光耦合器的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。