基于弧光原理的風(fēng)力發(fā)電機(jī)保護(hù)軟件設(shè)計(jì)

1、我們畢業(yè)啦其實(shí)是答辯的標(biāo)題地方答辯人指導(dǎo)老師沈若松魯文軍論文緒論研究方向研究過(guò)程研究結(jié)果論文總結(jié)目 錄論文緒論研究方向研究過(guò)程研究結(jié)果論文總結(jié) 隨著社會(huì)的發(fā)展，越來(lái)越多的能源與環(huán)境問(wèn)題涌現(xiàn)出來(lái)。以煤炭、天然氣、石油等燃料作為能源的發(fā)電廠產(chǎn)生的溫室效應(yīng)是目前世界環(huán)境惡化的重要因素。而核能發(fā)電因?yàn)楹藦U料的處理問(wèn)題，也不利于環(huán)境保護(hù)。在可持續(xù)發(fā)展的要求下，風(fēng)能作為一種無(wú)污染、無(wú)公害的可再生能源，在各種形式的能源中脫穎而出。與傳統(tǒng)發(fā)電形式相比，風(fēng)力發(fā)電具有不消耗礦物質(zhì)和水資源，減排CO2、SO2、NOx 及煙塵污染物等各種優(yōu)點(diǎn)，展現(xiàn)出巨大的潛力。 風(fēng)力發(fā)電在成本不斷降低和技術(shù)日趨成熟的情況下，已經(jīng)成為

2、電力系統(tǒng)所有新能源里相對(duì)增長(zhǎng)最快的發(fā)電方式。大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電將有助于實(shí)現(xiàn)能源的安全和多元化、減少化石燃料造成的環(huán)境污染、替代核能，對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)、能源結(jié)構(gòu)改善、可持續(xù)發(fā)展的促進(jìn)有決定性作用“”網(wǎng)側(cè)變頻器轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器齒輪箱G雙饋發(fā)電機(jī)電網(wǎng)風(fēng)力機(jī) 雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)又可稱(chēng)之為交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，它的結(jié)構(gòu)與繞線式異步電機(jī)類(lèi)似，由定子繞組直連定頻三相電網(wǎng)的繞線型異步發(fā)電機(jī)和安裝在轉(zhuǎn)子繞組上的雙向背靠背IGBT電壓源變流器組成。這種發(fā)電機(jī)運(yùn)用變頻器實(shí)現(xiàn)它的交流勵(lì)磁，轉(zhuǎn)差功率由變頻器供給，容量的需求大大減小。頻率恒定的對(duì)稱(chēng)三相電源激勵(lì)定子繞組，頻率可調(diào)的對(duì)稱(chēng)三相電源激勵(lì)轉(zhuǎn)子繞組，定轉(zhuǎn)子之間的轉(zhuǎn)差頻率確定電機(jī)轉(zhuǎn)

3、速。論文緒論研究方向研究過(guò)程研究結(jié)果論文總結(jié)研究方向論文緒論研究方向研究過(guò)程研究結(jié)果論文總結(jié)國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 隨著國(guó)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目逐漸增多，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的容量也不斷增大。新增裝機(jī)中2MW及以上容量的風(fēng)力發(fā)電機(jī)逐漸成為主流，最大的可以做到5MW甚至10MW。在這種情況下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的保護(hù)卻沒(méi)有得到重視。以目前應(yīng)用最多的2MW機(jī)組為例，發(fā)電機(jī)只在繞組內(nèi)部預(yù)埋溫度傳感器，發(fā)電機(jī)如遇各種故障只能通過(guò)溫度繼電器保護(hù)來(lái)將其切除。保護(hù)問(wèn)題成因 風(fēng)力發(fā)電機(jī)大多裝設(shè)在高原和沿海地區(qū)。高原絕緣條件差，沿海地區(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的受潮情況相當(dāng)嚴(yán)重。在這些不良因素的影響下，一旦發(fā)電機(jī)發(fā)生外部短路，就會(huì)引起其內(nèi)部繞組過(guò)流。而發(fā)電機(jī)是

4、電源，內(nèi)部故障情況無(wú)法通過(guò)外部電流測(cè)量正確反應(yīng)，這使得發(fā)電機(jī)繞組有被燒毀的可能。 一般的，發(fā)電機(jī)容量超過(guò)1MW，必須配置差動(dòng)保護(hù)。而目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)因某些歷史原因，未考慮配置復(fù)雜的保護(hù)，其中性點(diǎn)側(cè)繞組也就沒(méi)考慮引出，因此無(wú)法測(cè)量中性點(diǎn)側(cè)的電流，導(dǎo)致現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)無(wú)法配置差動(dòng)保護(hù)。TEXT弧光保護(hù) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)內(nèi)部短路電流一般都會(huì)造成弧光放電，當(dāng)弧光時(shí)間超過(guò)100ms時(shí)，弧光產(chǎn)生的能量指數(shù)級(jí)別上升。小電流故障也能產(chǎn)生弧光，如不及時(shí)切除故障，完全可能燒毀發(fā)電機(jī)。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)電弧光保護(hù)專(zhuān)門(mén)根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)而成。該系統(tǒng)采用弧光檢測(cè)和溫濕度檢測(cè)原理，動(dòng)作快、可靠性高，能有效保護(hù)發(fā)電機(jī)內(nèi)部弧光故障和

5、外部短路的過(guò)流。TEXT硬件方案 弧光保護(hù)裝置需要具備這兩個(gè)功能：一是通過(guò)單片機(jī)串口與上位機(jī)通信；二是對(duì)照度傳感器設(shè)置上限閥值，當(dāng)傳感器檢測(cè)到光強(qiáng)超過(guò)該閥值時(shí)，系統(tǒng)能控制對(duì)應(yīng)繼電器吸合。這些功能需要合理的硬件和軟件設(shè)計(jì)來(lái)共同實(shí)現(xiàn)，其中 硬件結(jié)構(gòu)是軟件程序的基礎(chǔ)。 系統(tǒng)的硬件主要包括電源模塊，單片機(jī)模塊，I2C總線擴(kuò)展模塊，與上位機(jī)接口模 塊以及傳感器模塊。TEXT軟件方案 該系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要完成以下幾項(xiàng)工作：通過(guò)I2C軟件包底層子程序MCU的P0.0和P0.1兩個(gè)IO口來(lái)模擬I2C總線，并對(duì)各個(gè)傳感器進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)與傳感器之間的I2C通信，讀取傳感器數(shù)據(jù)；在上位機(jī)

6、使用串口調(diào)試助手軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試；設(shè)置光照強(qiáng)度上限閥值，當(dāng)照度傳感器檢測(cè)到的光強(qiáng)大于該閥值時(shí)，控制繼電器吸合 。TEXTI2C總線 整個(gè)程序由I2C軟件包底層子程序，I2C總線通信子程序,與上位機(jī)通信子程序以及控制繼電器吸合子程序組成。 目前I2C總線憑借其嚴(yán)格的規(guī)范以及眾多帶有I2C接口的外圍器件而得到廣泛應(yīng)用。主要用于I2C器件之間的二線制同步通信，它通過(guò)數(shù)據(jù)總線SDA和時(shí)鐘總線SCL即可實(shí)現(xiàn)完善的全雙工同步數(shù)據(jù)傳送，能夠十分方便的構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)和外圍器件擴(kuò)展系統(tǒng)。論文緒論研究方向研究過(guò)程研究結(jié)果論文總結(jié)單片機(jī)模塊電源模塊傳感器模塊I2C擴(kuò)展模塊接口模塊 硬件選型上，單片機(jī)模塊采用STCl

7、lL60XE高速單片機(jī)，電源模塊采用ACDC隔離電源，所有輸入輸出均實(shí)現(xiàn)隔離，傳感器與主機(jī)采用I2C總線接口，并加入隔離擴(kuò)展。接口模塊配置有RS-232接口、USB接口和CAN接口，可任選一個(gè)與PC機(jī)進(jìn)行通訊。論文緒論研究方向研究過(guò)程研究結(jié)果論文總結(jié)繼電器研究過(guò)程研究方向研究過(guò)程研究結(jié)果I2C總線結(jié)構(gòu) I2C總線技術(shù)主要特點(diǎn)如下：(1)在I2C總線系統(tǒng)中，任何的I2C器件，不管它們之間的功能有多大差別，都是通過(guò)時(shí)鐘線SCL和數(shù)據(jù)線SDA接到I2C總線上。因此，在電路設(shè)計(jì)時(shí)只要將器件的SCL和SDA引腳接入I2C總線，然后對(duì)該器件模塊進(jìn)行獨(dú)立的電路設(shè)計(jì)即可。(2)I2C外圍接口器件的器件地址具有

8、很高的獨(dú)立性。(3)軟件操作具有一致性。論文緒論論文總結(jié)SDASCLVCC單片機(jī)1SCL SDASDA SCL其他I2C外圍設(shè)備SDA SCLA/D或D/ASDA SCL存儲(chǔ)器單片機(jī)2SCL SDARR PCA9545A作為I2C總線擴(kuò)展器件，可以解決I2C器件在使用過(guò)程中因地址沖突或各器件間電壓不同而造成無(wú)法正常連接的問(wèn)題。其結(jié)構(gòu)圖如上所示。I2C總線擴(kuò)展器件 傳感器方面，配置有四路數(shù)字照度傳感器(ISL29023)、四路數(shù)字溫度傳感器(LM75A)、四 路 數(shù) 字 溫 濕 度 傳 感 器(SHT21)。I2C傳感器研究方向研究過(guò)程研究結(jié)果論文緒論論文總結(jié)I2C器件 I2C器件就是把I2C協(xié)

9、議植入器件的IO 口，使用時(shí)器件直接掛到I2C總線上，這樣的特點(diǎn)給在設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)帶來(lái)了很大的方便。I2C器件無(wú)須片選信號(hào)，是否選中是由主器件發(fā)出的I2C從地址決定的，而I2C器件的從地址是由I2C總線委員會(huì)實(shí)行統(tǒng)一發(fā)配的總線控制寄存器主程序串口通信模塊子程序研究方向研究過(guò)程研究結(jié)果論文緒論論文總結(jié)程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)NY開(kāi)始系統(tǒng)初始化依次讀取各傳感器的數(shù)據(jù)光強(qiáng)度是否超過(guò)閾值繼電器跳閘送上位機(jī)顯示NNYY讀取SUBF的數(shù)據(jù)RI清0從SUBF中讀取的數(shù)據(jù)是否為5XH？發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)是否發(fā)送結(jié)束？I2C通信模塊程序外部中斷子程序研究方向研究過(guò)程研究結(jié)果論文緒論論文總結(jié)Y開(kāi)始申請(qǐng)I2C總線發(fā)送

10、器件從地址，方向?qū)懯欠駪?yīng)答是否應(yīng)答發(fā)送器件子地址重啟總線，方向讀發(fā)送非應(yīng)答信號(hào)發(fā)送應(yīng)答信號(hào)結(jié)束總線NN 程序設(shè)計(jì)時(shí)，在ISL29023照度傳感器的中斷控制寄存器中設(shè)置了上限閥值為0200H (即5001ux) 當(dāng)ISL29023檢測(cè)到的光照強(qiáng)度大于此閥值，就通過(guò)外部中斷源INT0向CPU發(fā)出一個(gè)中斷請(qǐng)求，CPU響應(yīng)中斷請(qǐng)求進(jìn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序，即控制繼電器吸合。研究結(jié)果研究方向研究過(guò)程研究結(jié)果由此可知，C0=12*16*0.125=24C1=(12*16+1)*0.125=24.125D2=(13*16+2)*0.125=26.25D3=(13*16+3)*0.125=26.375論文緒論

11、論文總結(jié)溫度傳感器仿真及數(shù)據(jù)分析溫度傳感器仿真及數(shù)據(jù)分析第一路傳感器第二路傳感器第1次讀取C0C1第2次讀取C0C1第3次讀取C1D2第4次讀取C1D3計(jì)算公式：計(jì)算公式：溫度值溫度值=(16=(16位位值值) )* *0 0125125（讀取的數(shù)據(jù)均為十六進(jìn)制數(shù)據(jù)，要換算成10進(jìn)制數(shù)據(jù)，以下皆相同）研究方向研究過(guò)程研究結(jié)果計(jì)算公式：計(jì)算公式：溫度值溫度值=-46.85+175.72=-46.85+175.72* *(16(16位數(shù)值位數(shù)值) )216216；濕度值濕度值=-6+125=-6+125* *(16(16位數(shù)值位數(shù)值) )216216 前兩次讀取時(shí)溫度傳感器數(shù)據(jù)分別為B1、B0、A

12、F，三個(gè)數(shù)據(jù)相差不大，取中間值B0，根據(jù)溫度轉(zhuǎn)換公式，B0=11*16*0125=22。 將溫濕度傳感器溫度數(shù)據(jù)代入計(jì)算公式計(jì)算得到的溫度數(shù)值分別為：2271、2272、2295與溫度傳感器的平均數(shù)值22接近。代入濕度數(shù)據(jù)計(jì)算到第一路濕度傳感器測(cè)得的平均濕度值為6639RH，第二路濕度傳感器測(cè)得的濕度平均值為6540RH。 后兩次測(cè)量時(shí)第二路溫濕度傳感器的溫度數(shù)值代入公式計(jì)算，哈氣后溫度值上升為2366；濕度值上升為7689RH和8098RH。論文緒論論文總結(jié)溫濕度溫濕度傳感器仿真及數(shù)據(jù)分析傳感器仿真及數(shù)據(jù)分析第一路溫度傳感器第二路溫度傳感器第一路溫濕度傳感器(溫度數(shù)據(jù))第二路溫度傳感器（溫度

13、數(shù)據(jù)）第一路溫濕度傳感（濕度數(shù)據(jù)）第二路溫濕度傳感（濕度數(shù)據(jù)）第1次讀取B1AF655665B094409230第2次讀取B0AF655C65B094409240第3次讀取AFAE655466B89660A9C0第4次讀取AEAE655066B89660B220研究方向研究過(guò)程研究結(jié)果測(cè)量范圍測(cè)量范圍0961ux640001ux；計(jì)算公式：照度值計(jì)算公式：照度值=64000*(16位數(shù)值位數(shù)值)216；論文緒論論文總結(jié) 照度傳感器仿真及數(shù)據(jù)分析照度傳感器仿真及數(shù)據(jù)分析第二路傳感器第三路傳感器第1次讀取1A1C第2次讀取1A1C第3次讀取1A01第4次讀取1A01第5次讀取093DA6第6次讀取093A97 應(yīng)用公式可以算得：前兩次正常讀取時(shí)兩路傳感器測(cè)量的照度值分別為25.391ux和27.341ux：當(dāng)用手遮住其中一路照度傳感器時(shí)，此時(shí)測(cè)得的照度值為0.981ux，有明顯的減小；用閃光燈照射其中一路照度傳感器，兩次測(cè)得的照度值分別為15412.1llux和14647.461ux，有明顯增強(qiáng)。 照度閥值定為照度閥值定為0200H，即，即5001ux，若照度傳感器檢測(cè)到的光，若照度傳感器檢測(cè)到的光強(qiáng)超過(guò)該閥值，對(duì)應(yīng)的繼電器將吸強(qiáng)超過(guò)該閥值，對(duì)應(yīng)的繼電器將吸合。合。論文總結(jié)研究結(jié)果研究方向研究過(guò)程論文