基于DSP新型低壓電動機保護控制器設(shè)計

1、    基于dsp新型低壓電動機保護控制器設(shè)計    吳娜摘 要：本文結(jié)合風力發(fā)電機控制系統(tǒng)，分析了基于dsp的新型風電機保護控制器的設(shè)計方案，然后對其可行性進行了具體分析，以便于保障方案的科學性和可推廣性。關(guān)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(shè)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(yīng)用情況來看，其風速與風向的穩(wěn)定性不

2、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(yīng)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(shè)計相關(guān)問題，對于風力發(fā)電機組控制技術(shù)的科學化應(yīng)用具有重要意義。1 風力發(fā)電機組控制技術(shù)風力發(fā)電機組控制技術(shù)是風電機組運行中的關(guān)鍵技術(shù)，主要包含中心控制技術(shù)、偏航控制技術(shù)、并網(wǎng)技術(shù)以及變槳距控制技術(shù)等。風力發(fā)電機組控制技術(shù)的合理應(yīng)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(shù)作為機組運行中的重要技術(shù)，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

3、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(chǔ)。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(shù)的發(fā)展及其在控制領(lǐng)域的應(yīng)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(shè)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

4、置獲取輸入?yún)?shù)，在執(zhí)行控制算法的基礎(chǔ)上，做出控制決策，并依照控制決策啟動設(shè)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(shè)備變?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)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(jié)構(gòu)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

5、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(shè)計3.1.1 設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)計較復雜，為了保證后期更好地調(diào)試、維護，因此在設(shè)計硬件電路時要充分考慮各個顯示、調(diào)試等功能。3.1.2 主控系統(tǒng)硬件設(shè)計。本研究采用以ti 公司的

6、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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)光纖模塊、文件管理模塊、調(diào)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(shè)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(shè)計主要包括對dsp主控芯片內(nèi)部應(yīng)用程序的編寫和主控制器驅(qū)動程序的編寫。在主控制器的軟件設(shè)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(wù)調(diào)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

7、控制器系統(tǒng)。pc 端應(yīng)用程序設(shè)計pc 端應(yīng)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(guān)信息。應(yīng)用程序界面設(shè)計包括登錄界面和功能界面。功能界面包括主頁、設(shè)備控制、顯示設(shè)置、報警設(shè)置、系統(tǒng)設(shè)置、數(shù)據(jù)存儲及報表生成、數(shù)據(jù)庫設(shè)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(shè)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(shè)置主要是對當前測試數(shù)據(jù)的曲線的設(shè)置，包括曲線顏色設(shè)置、測量范圍的設(shè)置、是否隱藏曲線的設(shè)置；（4）報警設(shè)置主要設(shè)置報警上限或下限值；（5）系統(tǒng)設(shè)置主要包括設(shè)置一些用戶權(quán)限；（6）數(shù)據(jù)存儲及報表生成設(shè)置主要對采集數(shù)據(jù)的路徑、名稱

8、及報表格式進行設(shè)置；（7）數(shù)據(jù)庫設(shè)置主要設(shè)置數(shù)據(jù)的查詢。4 實驗結(jié)果在pc 端安裝軟件并搭建主控制器平臺后，pc 端能夠?qū)⒖刂骑L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(zhuǎn)速、輸入功率以及效率等相關(guān)數(shù)據(jù)指標進行準確接收，實際應(yīng)用穩(wěn)定性強。該系統(tǒng)能夠?qū)⑺鶞y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(jié)果表明，該系統(tǒng)測試合格，運行穩(wěn)定性極佳。5 結(jié)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(yīng)用價值，將其應(yīng)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?；赿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趙偉，劉毅力，丁換換，et al.基于dsp異步電動機保護裝置的設(shè)計j.計算機與數(shù)字工程，2017，45（1）：181-185.2任瑾，倪元相，龍小麗，et al.基于dsp+arm的雙核低壓智能斷路器控制器系統(tǒng)設(shè)計研究j.現(xiàn)代