CN209163998U

CN209163998U - 基于模糊控制的风力发电机机舱控制系统

Info

Publication number: CN209163998U
Application number: CN201822174716.XU
Authority: CN
Inventors: 乔子彬; 邢德海; 金大光; 温浩; 包启明; 蔡新民; 秦启亮; 许磊; 田莉; 王大福
Original assignee: DATANG BAYANNUR WIND POWER GENERATION Co Ltd
Current assignee: DATANG BAYANNUR WIND POWER GENERATION Co Ltd
Priority date: 2018-12-24
Filing date: 2018-12-24
Publication date: 2019-07-26
Anticipated expiration: 2028-12-24

Abstract

基于模糊控制的风力发电机机舱控制系统。传统的风力发电机控制方法把风力资源的信息反馈到风力发电机的底部信息处理主板上，增加了中央处理单元的负荷，延缓了机舱的旋转时间。本实用新型组成包括机舱，在机舱上安装风速传感器（1）和风向仪（2），风速传感器、风向仪与信号放大器及滤波器（3）连接，信号放大器及滤波器与A/D转换电路（4）连接，A/D转换电路与单片机（5）连接，单片机与D/A转换电路（11）连接，D/A转换电路与功率放大器（12）连接，功率放大器与驱动电路（13）连接，驱动电路与液压机构（14）连接，液压机构与偏航动力机构（15）连接。本实用新型应用做基于模糊控制的风力发电机机舱控制系统。

Description

基于模糊控制的风力发电机机舱控制系统

技术领域：

本实用新型涉及一种基于模糊控制的风力发电机机舱控制系统。

背景技术：

能源危机的出现和环境保护意识的增强，使人们对新型的无污染的能源有了更加强烈的要求，而风力发电就是在这个大的趋势下逐渐进入人们的视野。从定浆距到变浆距、双馈调速控制方式的引入，无一不是为了提高风能的利用率。人们对风机进行有效控制时，不论是利用经典控制方法还是利用现代控制方法，由于它们均须进行模型的建立，而风速和风向的随机性、空气动力学的不确定性，使风机机舱模型的建立有一定的困难，而机舱的自适应追随风力和风向是增大风电机的效率和功率的前提，在这种前题下智能控制正好避开数学模型的建立，对于多变量非线性的风机的控制有很好的效果。

传统的风力发电机由于控制方式的不同，如双馈调速控制、失速控制等，在进行风能的扑捉时，其调整机舱的机构有着区别，但是其原理是一样的，大家都通过风速仪和风向标靶得到的信息从机舱顶部传到风机底部的CPU板上，通过模数量的转化，把数字量输入到中央处理单元，让中央处理单元分析和处理是否进行调整偏航马达的运行，利用动力机构（最常用的液压机构）调整发电机机舱的姿态，使风轮叶片始终朝着迎风的方向，以保证风力发电机在运行时能够充分利用已有的风力资源；或者当风速超过额定的最大风速时，进行偏航刹车马达的运行、或者直接进行90°偏航，以保证风力发电机能够正常安全的运行；而当风速太小时，为了防止风力发电机发出的电，不如他的转子励磁从电网上吸收的电能，也要进行脱离电网的处理，以节约电网上的电力资源。由上可知以往的风力发电机是把风速仪和风向标靶所采集到的风能的信息交给地面控制台，再通过地面控制台的对发电机机舱的姿态进行调整。这种方法需要把风力资源的信息风向和风速反馈到风力发电机的底部信息处理主板上，增加了发电机中央处理单元的负荷，延缓了机舱的旋转时间。

发明内容：

本实用新型的目的是提供一种基于模糊控制的风力发电机机舱控制系统。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种基于模糊控制的风力发电机机舱控制系统，其组成包括：机舱，在所述的机舱上安装风速传感器和风向仪，所述的风速传感器、风向仪与信号放大器及滤波器连接，所述的信号放大器及滤波器与A/D转换电路连接，所述的A/D转换电路与单片机连接，所述的单片机与D/A转换电路连接，所述的D/A转换电路与功率放大器连接，所述的功率放大器与驱动电路连接，所述的驱动电路与液压机构连接，所述的液压机构与机舱的偏航动力机构连接，所述的单片机分别与人机交互平台、地面控制台连接，所述的人机交互平台分别与所述的地面控制台、中央控制室连接，所述的中央控制室与所述的地面控制台连接，电源分别与所述的信号放大器及滤波器、A/D转换电路、单片机、D/A转换电路、功率放大器、驱动电路连接；所述的单片机采用单片机模糊控制器80C552，所述的单片机模糊控制器80C552与所述的中央控制室通过全双工异步的串行通信口SIO0连接。

本实用新型的有益效果：

本实用新型将机舱上风速传感器和风向仪采集的信息直接成为风力发电机系统的智能终端，一定程度上不需等待地面控制台的命令，对机舱的偏航动力机构直接进行主动调整，减小系统中央处理单元的负荷，使得机舱有一定的主动性。本实用新型不仅仅减轻了风机底座中央处理单元的的负荷，而且对风力发电机的机舱做了实时的控制，以保证风力发电机充分的利用风力资源，这对能源的危机已一定的改善作用。

本实用新型的工作原理如下所述：

当风速传感器和风向仪采集到风力资源的信息，放大并进行模数转换该信息后，进入到单片机利用模糊控制算法进行智能处理，把得到的结果通过后向通道，驱动液压电机，使机舱旋转至迎风的方向。如果风速和风向稍有变动，则风速传感器和风向标重新进行采集信息，使风力发电机实时的得到控制，充分利用风能。当然如果要进行人为的操作，如检修、维护风力发电机时，可通过中央控制室的人机交互平台发送停机信号之机舱。如果风速小于或者大于额定风速时，单片机发送偏离迎风方向的命令，以防止风力发电机在大风时的破毁和对电网的冲击。系统主机采用单片机模糊控制器80C552，这是由于出于对系统软件要用模糊控制算法的考虑，因为该单片机将模糊逻辑控制理论和单片机技术结合起来，能够起到简化软件的开发；其次80C552内部有8路10位A/D转换器，简化了电路，并且在80C552内部有一个WATCHDOG保护电路，使该系统在现场运行时防止程序飞奔，提高系统的稳定性。系统的输出可分为两部分：第一部分由80C552的一个并行口输出给LED数码管，显示当前的风速；第二部分由另一个并口输出给功率放大器，以驱动液压电机。当传感器检测到风速和风向信号的时候，单片机发出驱动信号。在与风力发电机底部和中央控制室的通信时，因为80C552有着一个全双工异步的串行通信口SIO0，和一个I 2C传行总线口SIO2，只要把从单片机的COMS信号换成标准的RS-232信号就可以进行串行通信，不仅仅可以与风力发电机底部主板有着可靠的通信，而且还可以与中央控制室直接进行通信，以便当检修风力发电机时或风力发电机机舱出现毛病时，人们可以可靠的停止风力发电机，到舱顶进行维修。

附图说明：

附图1是本实用新型的结构示意图。图中，1为风速传感器，2为风向仪，3为信号放大器及滤波器，4为A/D转换电路，5为单片机，6为地面控制台，7为人机交互平台，8为中央控制室，9为外围电路，10为电源，11为D/A转换电路，12为功率放大器，13为驱动电路，14为液压机构，15为偏航动力机构。

附图2是本实用新型的模糊控制算法的系统控制原理图。

具体实施方式：

实施例1：

实施例2：

根据实施例1所述的基于模糊控制的风力发电机机舱控制系统，所述的单片机与外围电路连接，所述的外围电路与电源连接。

实施例3：

根据实施例1或2所述的基于模糊控制的风力发电机机舱控制系统，由于空气动力学的随机、不确定性，很难建立一个确定的关于风力和风向的数学关系式，为了达到最佳的控制效果，我们采用了模糊控制算法。其系统控制原理图如图2所示。

当风速或风向低于（或高于）或偏离设定值Vmin（或Vmax）时，风力发电机进行自动停机并使风力机在脱离电网状态（甚至旋转机舱在背风的方向）。当传感器检测到的信息在设定值之间时，微机系统将本次所得到的风速与风向的信息与上次所得到的信进行比较，得出风速和风向的误差值，并设定论域为：X=[-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4 ] Y=[-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4 ]其中风速偏差e的论域为X，风向偏差变化q的论域为Y。这两个语言变量模糊化后分别用E和Q表示，控制器的输出为u，模糊后用U表示。将e和q的在 [-4，4]之间分为5当：｛NB（负大），NS（负小），ZE（零），PS（正小），（PB正大）｝，U的论域也为 [-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4]。由于该系统的输入是两个变量的，故模糊算法的控制语言采用如下：IF E AND QTHEN U 其中E代表风速，Q代表风向，可得到控制表（略）。如果检测到的信息不是上述的定点，取三角形函数为隶属度函数、利用单值隶属度法进行数值的模糊化。在数值的反模糊化时，利用重心算法得出控制量进行机舱的旋转，以最大程度的扑捉风力资源。

Claims

1.一种基于模糊控制的风力发电机机舱控制系统，其组成包括：机舱，其特征是：在所述的机舱上安装风速传感器和风向仪，所述的风速传感器、风向仪与信号放大器及滤波器连接，所述的信号放大器及滤波器与A/D转换电路连接，所述的A/D转换电路与单片机连接，所述的单片机与D/A转换电路连接，所述的D/A转换电路与功率放大器连接，所述的功率放大器与驱动电路连接，所述的驱动电路与液压机构连接，所述的液压机构与机舱的偏航动力机构连接，所述的单片机分别与人机交互平台、地面控制台连接，所述的人机交互平台分别与所述的地面控制台、中央控制室连接，所述的中央控制室与所述的地面控制台连接，电源分别与所述的信号放大器及滤波器、A/D转换电路、单片机、D/A转换电路、功率放大器、驱动电路连接；所述的单片机采用单片机模糊控制器80C552，所述的单片机模糊控制器80C552与所述的中央控制室通过全双工异步的串行通信口SIO0连接。