一种基于FPGA的风电厂测控系统的制作方法

本实用新型涉及测控设备技术领域，特别涉及一种基于FPGA的风电厂测控系统。

背景技术：

面对全球能源短缺问题，风能、太阳能等新能源越来越受人们的关注。我国目前正在大力发展风力发电用于弥补电网的不足，但是从目前状况上看，每年的弃风率依旧很高。并且对于偏远地区，人无法工作的地方，实现风电厂的控制就难以实现。因此，设计一套风电厂测控系统就十分之必要。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于FPGA的风电厂测控系统，该系统能够实时监测风电场周围环境，使风力发电机及时做出响应。具有低成本，反应快，兼容性强，无人化管理的特点。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种基于FPGA的风电厂测控系统，包括

检测机构1，包括环境检测电路和风机工况电路，用于检测环境中模拟信号；

A/D转换器2，通过检测机构1把采集到的信号由模拟信号转换成数字信号；

FPGA控制器4，接收从A/D转换器2转换后的数字信号并发送指令控制风力发电机的启停，并且将数据发送至调度中心7；

VGA显示模块6，与FPGA控制器4的输出端相连并显示当前风电厂周围的状况信息以及风力发电机的工作状况。

所述的A/D转换器2的输出信号通过无线通信模块3传递给FPGA控制器4。

所述的环境检测电路包括风速风向传感器、温湿度传感器；所述风机工况电路包括转速传感器，风速风向传感器为YX-FSX1风速风向传感器，温湿度传感器为 CWS11温湿度传感器，转速传感器为HCNJ-101动态扭矩传感器。

所述的FPGA控制器4上设置有SDRAM模块与无线数传模块，SDRAM模块包括同步动态随机存储器(U5)，采用HY57V281620A。

所述的无线数传模块采用IOT-L2S-B型号的LoRa模块。

所述的FPGA控制器4与PC上位机之间通过VGA显示模块6相连。

所述的A/D转换器2采用TLC549。

所述的FPGA控制器4采用处理器采用EP4CE10F17C8N。

所述的环境检测电路分布于以风电厂为中心，距离1～2km的东、西、南、北、东南、东北、西南、西北周围8个方向上，用来检测风电厂周围的风速风力状况。

本实用新型的有益效果：

所述一种基于FPGA的风电厂测控系统能够实现对环境的实时监测，使得风力发电机能够及时做出响应，减少弃风率，从而能够提高风能的利用率，增加发电量。此外，所检测的环境信息可提供给当地气象部门，更好的预测局部天气变化。该系统可实现无人化管理，可用于偏远地区，减少人力消耗。该系统能够及时将风力发电机工作状况以及发电量发送到调度中心，使调度中心能够及时对电力做出合理的配置。

附图说明

图1为风电厂测控系统的流程图；

图2为风电厂测控系统内部各个电路的连接电路图；

图3为A/D转换器管脚连接电路图；

图4为SDRAM模块管脚连接电路图；

图5为风电厂测控系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图1图2所示：实用新型是基于FPGA的风电厂测控系统包括FPGA控制器4、检测机构1、A/D转换器2、无线数传模块、SDRAM模块、VGA显示模块6、电源模块。其中，检测机构1包括有环境检测电路和风机工况电路。环境检测电路包括风速风向传感器、温湿度传感器，风机工况电路包括有转速传感器。

将环境检测电路分布于以风电厂为中心，距离1～2km的东、西南、北、东南、东北、西南、西北周围8个方向上，用来检测风电厂周围的风速风力状况。若某一方向上风力大小在3～15m/s，且风力持续3min以上时，FPGA控制器4将控制风机的开启，风力发电机将自动进行偏航和变桨，使其有最大的发电转速范围。当风力不足3m/s或者大于15m/s，或是风力在3m/s～15m/s但风力持续时间小于3min时， FPGA控制器4向风力发电机发出停机命令或者不开机。

通过无线风力风速传感器、无线湿度传感器、无线温度传感器以及转速传感器采集数据。然后通过无线数传模块将采集到的数据发送至A/D转换器2输入端，将模拟信号转换成数字信号，否则FPGA控制器4将无法识别。

由于进行实时的数据采集，所以会导致采集的信息量较大，因此就需要用到 SDRAM模块，用于存储FPGA控制器4需要处理的数据。SDRAM模块包括有同步动态随机存储器(U5)，管脚连接方式如图4所示。另外说明，28脚、41脚、54脚、 6脚、12脚、46脚、52脚接地，1脚、14脚、27脚、3脚、9脚、43脚、49脚接3.3V电源。

所述SDRAM模块包括同步动态随机存储器(U5)，同步动态随机存储器(U5) 的23脚、24脚、25脚、26脚、29脚、30脚、31脚、32脚、33脚、34脚、22脚、 35脚分别接FPGA控制器的J15脚、N14脚、P14脚、N13脚、T14脚、L13脚、L12 脚、L14脚、脚K12、J13脚、J16脚、J12脚，同步动态随机存储器(U5)的2脚、 4脚、5脚、7脚、8脚、10脚、11脚、13脚、42脚、44脚、45脚、47脚、48脚、 50脚、51脚、53脚分别接FPGA控制器的A12脚、B12脚、A13脚、A14脚、B14 脚、A15脚、B16脚、C16脚、F10脚、F14脚、G11脚、F13脚、D14脚、C14脚、 F11脚、D12脚，同步动态随机存储器(U5)的20脚、21脚、15脚、39脚、37脚、 38脚、16脚、17脚、18脚、19脚分别接FPGA控制器的G15脚、J14脚、C15脚、 F9脚、K11脚、J11脚、D16脚、F16脚、F15脚、G16脚。所述SDRAM模块的同步动态随机存储器(U5)采用HY57V281620A。

如图2图5所示：FPGA控制器4与PC上位机之间以VGA显示模块6连接。 FPGA控制器4将需要显示出来数据经过处理后，由VGA显示模块6发送到PC上位机上。方便管理人员了解当前的环境信息以及风力发电机的工作状况。另一方面， FPGA控制器4可以与调度中心7进行双向通信。当外界环境达不到风力发电机的工作要求时，能够及时通知调度中心7进行电力调整，从而保障电网的正常运行。

另外，需要描述的是FPGA控制器4在处理较大量数据时，为了防止采集的数据的速度与处理数据的速度不同步，采用了“乒乓操作”的数据流控制的处理技巧。

测控系统中传感器所采集的数据往往是模拟信号，如电信号等，需要转换成数字信号后FPGA控制器才能对其进行处理。如图3所示为A/D转换器2。A/D转换器2采用TLC549，A/D转换器2的5脚、6脚、7脚分别接FPGA控制器4的P1脚、M1脚、P3脚，A/D转换器2的1脚、8脚接5V直流电压，3脚、4脚接地。

如图2所示，环境检测电路中所包含YX-FSX1风速风向传感器、CWS11温湿度传感器。风机工况电路包括HCNJ-101动态扭矩传感器，可测量风机的转速、转矩。所述无线数传模块采用IOT-L2S-B型号的LoRa模块。