CN103868548B

CN103868548B - 基于风光变流技术的风能信息检测控制器

Info

Publication number: CN103868548B
Application number: CN201410096896.8A
Authority: CN
Inventors: 王英立; 张小清; 王同; 徐志强
Original assignee: Harbin University of Science and Technology
Current assignee: Harbin University of Science and Technology
Priority date: 2014-03-17
Filing date: 2014-03-17
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2034-03-17
Also published as: CN103868548A

Abstract

本发明涉及一种基于风光变流技术的风能信息检测控制器，传统的风力发电只是简单的利用风能带动风车转动进行发电，并不能采集风能的信息，本发明步骤包括：首先，通过齿轮带动1000线编码器旋转，用控制芯片STM32F103RC来统计单位时间内传过来的脉冲个数，从而计算出风力机的转速和对应的风速；然后采用了无线传输方式，使用无线模块NRF24L01进行数据的传送，最后风力机的控制芯片用芯片STM32来控制，芯片STM32本身自带SPI总线，可以和无线模块NRF24L01之间进行通信，本发明用于风力发电中的信息采集。

Description

基于风光变流技术的风能信息检测控制器

技术领域：

本发明涉及一种基于风光变流技术的风能信息检测控制器。

背景技术：

能源是国民经济发展的重要物质基础和人类生活必需的物质保证，随着经济发展提速，人民生活水平提高，中国能源发展面临的问题日益突出，开发利用清洁能源，是中国开发能源的必须要求，风能和太阳能无疑是最好不过的选择，传统的风力发电只是简单的利用风能带动风车转动进行发电，并不能采集风能的信息，如风力大小和其对应的风车的转速，以及发电的功率的对应关系，以至于风能的利用率不高。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种基于风光变流技术的风能信息检测控制器。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于风光变流技术的风能信息检测控制器，其步骤包括：首先，通过齿轮带动1000线编码器旋转，用控制芯片STM32F103RC来统计单位时间内传过来的脉冲个数，从而计算出风力机的转速和对应的风速；然后采用了无线传输方式，使用无线模块NRF24L01进行数据的传送，最后风力机的控制芯片用芯片STM32来控制，芯片STM32本身自带SPI总线，可以和无线模块NRF24L01之间进行通信。

所述的基于风光变流技术的风能信息检测控制器，风力机功率检测部分，跟据P=I*U, 只要检测到电流和电压；在电压检测部分，所述的芯片STM32 的ADC是12位逐次逼近型的模拟数字转换器，在电流检测部分，采用了芯片MAX471。

所述的基于风光变流技术的风能信息检测控制器，利用采集过来的风速、风力机转速、功率、电压、电流有效信息，绘制出适合特定风力机的功率曲线图，根据遗传算法找到最大功率点，从而跟踪风力机的最大功率。

有益效果：

1. 通过编码器这个测量转速不受天气、光照的影响，在有光无光的条件下都可以进行测量，克服了传统条件下用红外探测器受光照影响的难题；1000线的编码器，提高了测量精度，编码器旋转一圈丢失的脉冲个数不超过5 个，测量误差可以控制在0.5%以内。

采用无线模块NRF24L01，高效GFSK调制，抗干扰能力强。

用芯片自带的AD只使用了简单外围电路，简化了电路的整体设计，节约了成本；采用遗传算法使找到的最佳功率点更具有针对性，效率更高。

附图说明：

附图1 是MAX471功能框。

附图2 是典型Cp和λ关系曲线。

附图3 是Pm=f(n)特性曲线。

附图4 是风机功率曲线图。

图中：1 为最佳功率负载线，2 为风机输出功率线。

具体实施方式：

实施例1 ：

实施例2 ：

根据实施例1 所述的基于风光变流技术的风能信息检测控制器，风力机功率检测部分，跟据P=I*U, 只要检测到电流和电压；在电压检测部分，所述的芯片STM32的ADC是12位逐次逼近型的模拟数字转换器，在电流检测部分，采用了芯片MAX471。

实施例3 ：

根据实施例1所述的基于风光变流技术的风能信息检测控制器，以图1为例，传感电流Isense从RS+经精密传感电阻Rsense流向RS-，输出端OUT通过输出电阻ROUT接地，此时，Q2断开，放大器A1工作，输出电流Iout 从Q1的发射极流出，由于没有电流流过RG2，A1的反向输入端的电位就等于Rsense和RG2交点的电位；因A1的开环增益很大，其正向输入端与反向输入端基本上保持同一电位，所以，A1的正向输入端的电位也近似等于Rsense和RG2交点的电位，因此，传感电流Isense流过Rsense所产生的压降就等于输出电流Iout流过RG1所产生的压降，即

Iout ×RG1=Isense×Rsense

Vout=(Isense×Rsense)/RG1

Vout=(Iout×Rout)=(Isense×Rsense×Rout)/RG1

同理，若传感电流Isense 从RS －经传感电阻Rsnse 流向RS ＋，则可得 Vout=(Iout×Rout)=(Isense×Rsense×Rout)/RG2 综合上述两种情况，可得MAX471输出电压方程

Vout=(Iout×Rout)=(Isense×Rsense×Rout)/RG

其中 Vout——期望的实际输出电压,Isense——所传感的实际电流,Rsense——精密传感电阻,Rout——输出调压电阻,RG——增益电阻（RG ＝ RG1 ＝ RG2）对于MAX471，所设定的电流增益为：Rsense ／ RG=500×10^6，Vout ＝ 500×10^6×Isense×Rout，当输出电阻Rout2kΩ时，在传感电流Isense 允许变化范围－ 3A ≤ Isense ≤ 3A内，输出电压Vout 的变化范围为：－ 3V ≤ Vout ≤ 3V 即满标电压值为3V。

实施例4 ：

根据实施例1 所述的基于风光变流技术的风能信息检测控制器，利用采集到的风能的信息跟踪风力机最大功率，提高风能利用率。

风力机的运行特性主要包括以下3 部分：

（1）叶尖速比与风能利用系数

根据风力机的空气动力学特性，风力机输出机械功率可表示为

(1)

式中，Cp 为风能利用系数；R 为风轮半径，单位 m，ρ为空气密度，单位 kg/m3 ；V 为风速，单位m/s，

由式(1) 可知，在风轮叶片大小、风速和空气密度一定时，影响功率输出的唯一因素是风能利用系数Cp，输出功率与Cp成正比，而Cp是叶尖速比λ的函数，λ可以表示为

(2)

式中，ωr为风力机角速度，单位rad/s ；n为风力机转速，单位r /min，风力机特性通常用Cp和λ之间的关系来表示，从图2 中可以看出，在Cp随着λ的变化过程中，存在着一点λm可以获得最大的风能利用系数Cpmax，即最大输出功率点。

实施例5 ：

根据实施例1 所述的基于风光变流技术的风能信息检测控制器，将(2)代入(1)可得

(3)

在某一风速下，风力机的输出机械功率随转速的不同而变化，其中有一个最佳的转速，在该转速下，风力机输出最大机械功率，它与风速的关系是最佳叶尖速比关系；在不同的风速下，均有一个最佳的转速使风力机输出最大机械功率，将这些最大功率点连接起来可以得到一条最大输出机械功率曲线，即最佳功率负载线，处于这条曲线上的任何点，其转速与风速的关系均为最佳叶尖速比关系，因此在不同风速下控制风力机转速向最佳转速变化就可以实现最大功率控制，不同风速下风力机的功率- 转速特性曲线，如图3 所示。

实施例6 ：

根据实施例1 所述的基于风光变流技术的风能信息检测控制器，利用采集过来的风速、风力机转速、功率、电压、电流有效信息，绘制出适合特定风力机的功率曲线图，根据遗传算法找到最大功率点，从而跟踪风力机的最大功率。

Claims

1.一种基于风光变流技术的风能信息检测控制方法，其特征是：其步骤包括：首先，通过齿轮带动1000 线编码器旋转，用控制芯片STM32F103RC 来统计单位时间内传过来的脉冲个数，从而计算出风力机的转速和对应的风速；然后采用了无线传输方式，使用无线模块NRF24L01 进行数据的传送，最后风力机的控制芯片用芯片STM32 来控制，芯片STM32 本身自带SPI 总线，可以和无线模块NRF24L01 之间进行通信；风力机功率检测部分，跟据P=I*U, 只要检测到电流和电压；在电压检测部分，所述的芯片STM32的ADC 是12 位逐次逼近型的模拟数字转换器，在电流检测部分，采用了芯片MAX471；利用采集过来的风速、风力机转速、功率、电压、电流有效信息，绘制出适合特定风力机的功率曲线图，根据遗传算法找到最大功率点，从而跟踪风力机的最大功率。