談基于DSP的風力發(fā)電機主控制器系統(tǒng)設計

祁巖

摘 要：本文基于風力發(fā)電機控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，探討基于DSP的風力發(fā)電機主控器系統(tǒng)的設計情況，提出設計方案，并對軟硬件設計進行具體論述，以保證通信方案的可行性，促進遠程控制的順利實現(xiàn)，確?；贒SP的風力發(fā)電機主控制器系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性，最大程度上滿足風力發(fā)電機運行的綜合需求。

關鍵詞：DSP；風力發(fā)電機；主控器系統(tǒng)；通信方案

現(xiàn)代社會經(jīng)濟發(fā)展形勢下，城市現(xiàn)代化建設進程不斷加快，對能源的需求力度也明顯加大。以煤、石油、天燃氣為主的常規(guī)能源數(shù)量有限，并且對環(huán)境污染比較嚴重，無法滿足社會可持續(xù)發(fā)展理念的多元需求。而風能資源作為一種新型無污染、可再生能源，逐漸受到社會的高度重視。但就風能資源的實際應用情況來看，其風速與風向的穩(wěn)定性不足，長期保持無人值守的運行狀態(tài)，對風力發(fā)電機組的適應性提出了嚴格的要求。此種情況下，加大力度探討基于DSP的風力發(fā)電機主控制器系統(tǒng)設計相關問題，對于風力發(fā)電機組控制技術的科學化應用具有重要意義。

1 風力發(fā)電機組控制技術

風力發(fā)電機組控制技術是風電機組運行中的關鍵技術，主要包含中心控制技術、偏航控制技術、并網(wǎng)技術以及變槳距控制技術等。風力發(fā)電機組控制技術的合理應用，能夠為風力發(fā)電機組的安全可靠運行提供可靠保證，從而推進風力發(fā)電機產(chǎn)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展。就分紅利發(fā)電機組的運行情況來看，控制器是保證整個機組運行的重要條件，控制技術作為機組運行中的重要技術，在保證大型風力發(fā)電機組自主開發(fā)能力的提升以及降低機組成本上發(fā)揮著獨特作用，進一步提高風力發(fā)電機組的國產(chǎn)化率，為風能資源的優(yōu)化利用打下良好的基礎。

2 風力發(fā)電控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)代風力發(fā)電崛起于20世紀八九十年代，已取得了飛速的進展。從控制系統(tǒng)的實現(xiàn)來說，由19世紀末第一臺現(xiàn)代風力發(fā)電機組在丹麥誕生，到20世紀80年代初，風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)得以實現(xiàn)。到了20世紀80年代中后期，隨著計算機技術的發(fā)展及其在控制領域的應用，出現(xiàn)了基于微處理器的風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)。步入20世紀90年代，風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)往往采用基于單片機或可編程控制器的微機控制。

3 風力發(fā)電機控制系統(tǒng)設計

風力發(fā)電機控制系統(tǒng)與大部分測控系統(tǒng)相類似，主要是通過測量裝置獲取輸入?yún)?shù)，在執(zhí)行控制算法的基礎上，做出控制決策，并依照控制決策啟動設備，以保證系統(tǒng)控制的規(guī)范有序開展。在風力發(fā)電機控制系統(tǒng)中，主控系統(tǒng)將單個分散測量和控制設備變?yōu)榫W(wǎng)絡節(jié)點后，將基本控制、參數(shù)修改以及監(jiān)控等功能分散至節(jié)點中，以光纖對信號進行穩(wěn)定傳輸，以促進信號干擾問題的妥善解決。風力發(fā)電機控制系統(tǒng)的整體硬件結構如圖1所示。

通過對圖1進行觀察和分析可知，塔底主控制器是系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，基于光纖實現(xiàn)實時通信，為遠程監(jiān)控機提供通信接口，以保證風力發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)控等操作的順利實現(xiàn)。機艙從控制器的主要功能是采集溫度、風速和風向等信號，對風機葉片進行合理控制，確保風力發(fā)電機的偏航等功能的順利實現(xiàn)。光纖模塊作為主控制器與從控制器之間傳輸?shù)闹匾脚_，保證數(shù)據(jù)參數(shù)的穩(wěn)定精準傳輸。

3.1 主控制器系統(tǒng)的硬件設計

3.1.1 設計原則。由于風力發(fā)電機對數(shù)據(jù)的采樣要求極高，要求每20ms對風速、溫度等參數(shù)進行一次采樣，這就要求在硬件設計時，必須使CPU的處理速度能滿足這個要求。各個控制器節(jié)點的數(shù)據(jù)量大、交互復雜，要求數(shù)據(jù)間的通信要實時、準確。由于整個主控制器系統(tǒng)模塊多、功能復雜，所以在硬件設計時要著重避免模塊間及模塊內(nèi)部各種信號的衰減和干擾。由于主控系統(tǒng)硬件設計較復雜，為了保證后期更好地調試、維護，因此在設計硬件電路時要充分考慮各個顯示、調試等功能。

3.1.2 主控系統(tǒng)硬件設計。本研究采用以TI公司的TMS320C6713芯片為核心CPU進行擴展搭建主控制器系統(tǒng)的硬件平臺，硬件結構如圖2所示。根據(jù)需求，外圍需擴展的功能模塊主要由TCP/IP通訊節(jié)點模塊、CAN轉光纖模塊、文件管理模塊、調試模塊、顯示模塊、電源模塊組成。

3.2 主控制器系統(tǒng)的軟件設計

3.2.1 主控制器系統(tǒng)軟件平臺。主控制器系統(tǒng)的軟件設計主要包括對DSP主控芯片內(nèi)部應用程序的編寫和主控制器驅動程序的編寫。在主控制器的軟件設計中，選擇TI公司自主開發(fā)的CCS5.3為軟件開發(fā)平臺，它具有嵌入式系統(tǒng)的任務調度與管理功能，能使整個系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運行，而且支持C、C++編程，提供了經(jīng)過匯編手工優(yōu)化的數(shù)字信號處理庫。

3.2.2 主控制器系統(tǒng)。PC端應用程序設計PC端應用程序主要實現(xiàn)3個功能：程序功能界面、與主控制器系統(tǒng)通信、處理相關信息。

應用程序界面設計包括登錄界面和功能界面。功能界面包括主頁、設備控制、顯示設置、報警設置、系統(tǒng)設置、數(shù)據(jù)存儲及報表生成、數(shù)據(jù)庫設置。（1）主頁主要顯示當前風力發(fā)電機的狀態(tài)及運行的曲線圖；（2）設備控制主要根據(jù)系統(tǒng)通信協(xié)議，對控制器下發(fā)工藝參數(shù)進行控制；（3）顯示設置主要是對當前測試數(shù)據(jù)的曲線的設置，包括曲線顏色設置、測量范圍的設置、是否隱藏曲線的設置；（4）報警設置主要設置報警上限或下限值；（5）系統(tǒng)設置主要包括設置一些用戶權限；（6）數(shù)據(jù)存儲及報表生成設置主要對采集數(shù)據(jù)的路徑、名稱及報表格式進行設置；（7）數(shù)據(jù)庫設置主要設置數(shù)據(jù)的查詢。

4 實驗結果

在PC端安裝軟件并搭建主控制器平臺后，PC端能夠將控制風力發(fā)電機工藝參數(shù)進行準確下發(fā)，并對顯示運行的電流、電壓、轉速、輸入功率以及效率等相關數(shù)據(jù)指標進行準確接收，實際應用穩(wěn)定性強。該系統(tǒng)能夠將所測試的實驗數(shù)據(jù)描繪為功能曲線并進行妥善保存，為客戶分析風機運行情況提供可靠的數(shù)據(jù)支持。實驗結果表明，該系統(tǒng)測試合格，運行穩(wěn)定性極佳。

5 結論

通過以上研究可知，基于DSP的風力發(fā)電機主控制器系統(tǒng)具有良好的應用價值，將其應用于1.5MW級風力發(fā)電機組上，最大程度上滿足了風力發(fā)電機組運行的多項功能指標，機組運行穩(wěn)定性強，具備實時監(jiān)控風力發(fā)電機運行的功能和信息數(shù)據(jù)處理功能?；贒SP的風力發(fā)電機主控制器系統(tǒng)在操作過程中的便捷程度較高，一定程度上增強了系統(tǒng)兼容性，運行效果優(yōu)良，但在功能上仍具備一定改進空間。

參考文獻

[1]李昆亮.基于DSP的風力發(fā)電機主控制器系統(tǒng)設計[J].南昌航空大學，2015（02）：106-109.

[2]李昆亮，俞子榮，陳黎娟.基于DSP的風力發(fā)電機主控制器系統(tǒng)設計[J].計算機與現(xiàn)代化，2015（2）：106-109.

[3]王東鵬，孫延旭.淺談基于DSP的控制系統(tǒng)發(fā)展[J].中國信息化，2012（18）：44-46.