基于EtherCAT的风电变流器并联控制系统研究

【摘要】：能源和环境问题是人类需要面对和亟待解决的重大问题,清洁、可再生能源必然成为未来能源结构的重要组成部分,风能作为重要的清洁、可再生能源之一将是今后很长一段时间内国家大力提倡和发展的重点。但是目前风力发电技术也遭遇了前所未有的瓶颈,如今风力发电机组的容量越来越大,而现有的单个并网变流器功率过小,已经远远不能满足要求。而如果采用更大功率等级的器件,耗费的成本会增加很多。在目前的复杂环境下,通过变流器的并联运行来提高系统的功率等级成为了许多学者研究的热点。变流器并联技术可以有效增加系统容量,但同时对每台变流器之问的数据传输实时性和可靠性要求也相应提高,传统的CAN通讯或RS485通讯传输速率较慢,可靠性较低,导致各变流器模块之间信号同步性较差,难以满足变流器并联的要求。针对这一问题,本文引入实时以太网EtherCAT技术,提出一种基于EtherCAT总线技术的变流器并联系统控制方案。该方案中PLC主控与各变流器从站之间通过EtherCAT数据帧进行通讯,大大提高了主从站之间的数据传输速率及可靠性,同时EtherCAT技术提供了精准的时钟同步功能,从而保证各变流器从站信号传输的一致性,可以满足风电变流器并联运行的要求。本文详细介绍了EtherCAT技术的工作原理及分布时钟功能,选用倍福公司CX2030型号的PLC作为变流器并联系统的主站控制器,同时利用EtherCAT从站接口控制器ET1100与DSP芯片TMS320F28335共同开发了一套风电变流器的从站设备,构建了一主多从的EtherCAT控制系统架构,并进一步给出了控制系统软硬件的设计方法。最后,采用四台500KW三电平风电变流器两两并联组成一套完整的变流器功率循环试验平台,在该实验平台将本文设计的EtherCAT方案和传统的CAN通讯方案进行实验对比,实验结果表明EtherCAT方案合理、可行,且较CAN通讯方案各从站变流器间的差模环流更小。 【关键词】：EtherCAT协议 ET1100 风电变流器 并联 实时性
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM614;TM46
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 绪论15-22
• 1.1 风力发电技术和变流器控制系统的研究背景及国内外现状15-17
• 1.2 实时工业以太网概述17-20
• 1.2.1 IEC61158：现场总线规范(Industrial communicationnetworks-Fieldbus specifications)17-18
• 1.2.2 IEC61784：行规规范(Industrial communicationnetworks-Profiles)18-20
• 1.3 本文主要内容20-22
• 第二章 实时以太网EtherCAT协议22-32
• 2.1 EtherCAT的系统组成22-24
• 2.1.1 EtherCAT主站的组成22
• 2.1.2 EtherCAT从站的组成22-24
• 2.1.3 EtherCAT系统的物理拓扑结构24
• 2.2 EtherCAT数据帧结构24-25
• 2.3 EtherCAT工作原理25-26
• 2.4 EtherCAT技术通讯实时性及分布时钟功能26-29
• 2.4.1 EtherCAT技术通讯实时性26
• 2.4.2 EtherCAT技术的分布时钟功能26-29
• 2.5 EtherCAT通讯模式29-31
• 2.5.1 EtherCAT周期性数据通信模式29-30
• 2.5.2 EtherCAT非周期性数据通信模式30-31
• 2.6 本章小结31-32
• 第三章 基于EtherCAT的风电变流器并联方式选择32-38
• 3.1 风电变流器并联方式分析32-36
• 3.1.1 功率模块并联方式32-33
• 3.1.2 器件级直接并联33-34
• 3.1.3 桥臂侧串电感并联34-35
• 3.1.4 共直流母线系统级并联35
• 3.1.5 独立直流母线系统级并联35-36
• 3.2 基于EtherCAT技术的风电变流器并联控制方案36-37
• 3.3 本章小结37-38
• 第四章 基于EtherCAT的风电变流器并联控制系统设计38-63
• 4.1 EtherCAT控制方案硬件设计38-49
• 4.1.1 主从站元器件选择及资源分配38-40
• 4.1.2 从站硬件电路设计40-45
• 4.1.3 EtherCAT控制方案主电路参数设计45-49
• 4.2 EtherCAT控制方案软件设计49-62
• 4.2.1 EtherCAT方案控制时序图49-54
• 4.2.2 主从站功能及通讯协议54-56
• 4.2.3 控制系统软件设计56-62
• 4.3 本章小结62-63
• 第五章 EtherCAT控制方案实验研究63-68
• 5.1 实验平台搭建63-64
• 5.2 实验过程及结果分析64-67
• 5.2.1 稳态运行过程64-66
• 5.2.2 暂态过渡过程66-67
• 5.3 本章小结67-68
• 第六章 展望和总结68-70
• 6.1 总结68-69
• 6.2 展望69-70
• 参考文献70-73
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况73

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

微电网协调控制过程中EtherCAT总线的应用    李哲;刘澄;徐石明;丁孝华;李文威;

基于EtherCAT的高性能伺服电机组的现场总线控制系统研究    施大发;

EtherCAT技术协会闪耀2013上海工博会(IAS)    

EtherCAT以太网统领大型压机    

最有效的压缩空气测量方法——直接在现场或直接在EtherCAT系统中进行测量    

基于EtherCAT的“透明”泵站SCADA系统设计    刘麟;

基于EtherCAT总线的可编程电源研究    陈鹏展;刘百芬;

基于EtherCAT总线的六轴关节型机械手研究    史步海;苏炳恩;

国网智研院基于EtherCAT的“柔性直流输电控制保护设备FLECON1000-CP”顺利通过国家能源局技术成果鉴定    

    

嵌入式平台的EtherCAT主站开发    周开城

基于EtherCAT的风电变流器并联控制系统研究    刘长坤

基于工业以太网EtherCAT的目标跟踪平台的研究与实现    曾顺星

EtherCAT总线接口在数控系统中的实现    张勇

基于EtherCAT总线的燃气轮机控制系统的研究与设计    王巧玉

基于EtherCAT的嵌入式网关适配器的研究和设计    杨文凡

基于EtherCAT工业以太网嵌入式主站研究    李晓曦

基于嵌入式数控平台的EtherCAT主站实现    张少勋