CN209497408U - 一种基于fpga的永磁直驱风电系统模糊mppt控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于FPGA的永磁直驱风电系统模糊MPPT控制装置，包括仓体；所述仓体包括第一腔体和第二腔体；所述第一腔体内设置有模糊控制系统；所述第二腔体与第一腔体连通设置；所述第二腔体内靠近第一腔体的一侧设置有进气风扇；所述第二腔体内远离第一腔体的一侧设置有除潮单元；所述除潮单元包括第一防尘滤网和第二防尘滤网；第一防尘滤网和第二防尘滤网之间夹持设置有吸水材料；若干所述除潮单元沿第二腔体内的空气流动方向相互间隔设置；所述除潮单元从第二腔体的侧壁嵌设进其中；利用若干个可更换的防潮单元确保所吸入空气保持干燥，避免元器件锈蚀；防潮原件采用嵌设的形式，降低了设备维护难度，提升了作业效率。

Description

一种基于FPGA的永磁直驱风电系统模糊MPPT控制装置

技术领域

本实用新型涉及风电领域，尤其涉及一种基于FPGA的永磁直驱风电系统模糊MPPT控制装置。

背景技术

与传统能源相比，风能是一种储量丰富、环境友好、成本低廉、具有良好发展前景的可再生能源，近年来世界风机的装机容量不断增加。由于风电设施大多建设在海岸线这种存在温差风力稳定的区域，所以空气中的湿度较大，对于配备散热系统的装置而言，很容易造成内部元器件锈蚀。

所以需要发明一种具备防潮功能、操作便捷且维护成本低的基于FPGA的永磁直驱风电系统模糊MPPT控制装置。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种具备防潮功能、操作便捷且维护成本低的基于FPGA的永磁直驱风电系统模糊MPPT控制装置。

技术方案：为实现上述目的，本实用新型的一种基于FPGA的永磁直驱风电系统模糊MPPT控制装置，包括仓体；所述仓体包括第一腔体和第二腔体；所述第一腔体内设置有模糊控制系统；所述第二腔体与第一腔体连通设置；所述第二腔体内靠近第一腔体的一侧设置有进气风扇；所述第二腔体内远离第一腔体的一侧设置有除潮单元；所述除潮单元包括第一防尘滤网和第二防尘滤网；第一防尘滤网和第二防尘滤网之间夹持设置有吸水材料；若干所述除潮单元沿第二腔体内的空气流动方向相互间隔设置；所述除潮单元从第二腔体的侧壁嵌设进其中；所述第二腔体内还嵌设有隔板；所述隔板将第二腔体的内部空间分隔为S型通路；所述进气风扇的进气口对应S型通路的其中一端。

进一步地，所述第二腔体顶部侧壁上沿空气流动的方向设置有若干放置孔；所述除潮单元与放置孔嵌套配合设置；所述除潮单元上端外缘延伸设置有限位框；所述限位框与第二腔体的侧壁密封贴合设置；所述限位框面向第二腔体侧壁的一端设置有压力传感器。

进一步地，所述除潮单元还包括密封板；若干所述密封板连接设置在第一防尘滤网和第二防尘滤网之间；所述第一防尘滤网、第二防尘滤网和密封板共同围合成顶部开口的盛料腔；所述吸水材料装填在盛料腔中。

进一步地，所述吸水材料为吸水硅胶粒。

有益效果：本实用新型的一种基于FPGA的永磁直驱风电系统模糊MPPT控制装置，利用若干个可更换的防潮单元确保了散热系统所吸入空气保持干燥，避免了元器件锈蚀现象；防潮原件采用嵌设的形式，显著降低了设备维护的难度，提升了作业效率；利用可循环吸水硅胶粒，节省了设备维护成本。

附图说明

附图1为模糊控制系统结构示意图；

附图2为风电系统整体架构图；

附图3为模糊MPPT控制器参数取值示意图；

附图4为第一腔体结构示意图；

附图5为第二腔体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

一种基于FPGA的永磁直驱风电系统模糊MPPT控制装置，如附图4所示，包括仓体1；所述仓体1包括第一腔体11和第二腔体12；所述第一腔体11内设置有模糊控制系统，通过传输带52与对应扩展设备连接；所述第二腔体12与第一腔体11通过第一换气口5相互连通设置；如附图2所示，所述第二腔体12内靠近第一腔体11的一侧设置有进气风扇121；进气风扇121导入的风进入第一腔体后控制系统元器件上的热量带走，随后从第二换气口51排出；所述第二腔体12内远离第一腔体11的一侧设置有除潮单元13；所述除潮单元13包括第一防尘滤网131和第二防尘滤网132，可以防止空气中的浮尘进入，避免元器件积灰影响电路接触和散热；第一防尘滤网131和第二防尘滤网132之间夹持设置有吸水材料133，因为风力发电的装置通常建设在海岸线上这种存在温差风力稳定的区域，所以空气中的湿度较大，长期接触元器件会导致锈蚀加快，而吸水材料133可以将空气中的水分吸收，保持用于降温的空气始终是干燥的；若干所述除潮单元13沿第二腔体12内的空气流动方向相互间隔设置；所述除潮单元13从第二腔体12的侧壁嵌设进其中；第二腔体12内的气体通道被嵌设在其中的隔板122分隔成S型通路，若干除潮单元13分布在该通路上，可以随时将其中部分抽出来进行更换；第二腔体12上对应进气风扇121的进风口处设置有防护网53，可以避免较大的颗粒进入风扇打坏扇叶；空气在经过若干排潮单元13后从第三换气口54排出的外界环境中。

所述第二腔体12顶部侧壁上沿空气流动的方向设置有若干放置孔128；所述除潮单元13与放置孔128嵌套配合设置；所述除潮单元13上端外缘延伸设置有限位框134；所述限位框134与第二腔体12的侧壁密封贴合设置；所述限位框134面向第二腔体12 侧壁的一端设置有压力传感器；当吸水材料133不断吸收水分时，其自身重量也在不断增加，利用压力传感器来监测吸水材料133的重量变化，利用相关配套的信号传输模块将这些重量信息输送至显示终端上，从而可以在接近饱和时即时将吸水材料133换新，保证除潮效果，该更换操作简单，极大地提升了设备维护的效率。

所述除潮单元13还包括密封板135；若干所述密封板135连接设置在第一防尘滤网131和第二防尘滤网132之间；所述第一防尘滤网131、第二防尘滤网132和密封板135 共同围合成顶部开口的盛料腔136；所述吸水材料133装填在盛料腔136中；盛料腔136 顶部设置有顶盖140，顶盖140与对应的放置孔128密封配合。

所述吸水材料为吸水硅胶粒，当细满水汽后只需要加热让其中水汽重新挥发，即可重复使用，节省了设备维护成本；硅胶颗粒之间的间隙刚好可以让空气通过，保证其流动畅通。

一种永磁直驱风电系统模糊MPPT控制方法，包括以下步骤，

步骤一，如附图2所示，装在永磁同步电机上的测量装置将采集到的转速和功率信号经过A/D转换器后输出对应数字量信号，传递给模糊MPPT控制器，作为发电机当前转速ω_r和系统当前功率P_s信号；

步骤二，如附图1所示，发电机当前转速ω_r和系统当前功率P_S，各经过一个单位采样时间的延时之后，通过比较单元，计算得出转速变化值Δω_r和功率变化值ΔP；

步骤三，功率变化值ΔP经微分单元计算得到功率变化率ΔPe，根据模糊规则经模糊MPPT控制器得到功率变化参考值ΔP^*；转速变化值Δω_r经零点补偿单元得到转速变化参考值

步骤四，将功率变化参考值ΔP^*与转速变化参考值输入最优值计算单元，得到最优转速参考值

步骤五，模糊MPPT控制器将最优转速参考值输送给系统控制器，作为永磁同步电机转速闭环控制的参考值；

步骤六，发电机的定子电流、电角度信号经处理电路后，生成电压电流信号以及测量信号，传输到系统控制器进行控制信号计算，并输送给隔离驱动电路，再转化成对应的控制信号对永磁同步电机的电源变换器进行控制；

当风速发生变化时，若电机仍然在当前转速下运行，根据风机特性，风电系统的功率会发生改变，此时功率变化值ΔP发生改变，系统会重新进行极值搜索，计算得出新的最优转速参考值得以实现风电系统最大功率跟踪控制。

如附图2所示，风电系统控制器的处理芯片选用F28335DSP；隔离驱动电路对来自DSP的PWM信号进行隔离放大后驱动机侧变换器和网侧变换器；发电机的定子电流、电角度信号经处理电路后，生成电压电流信号以及适合F28335DSP的A/D输入范围测量信号，连接到F28335DSP的捕获单元CAP1-2和A/D转换单元，使DSP进行控制信号计算，并以数字量通过F28335DSP的数字量输出口传送给隔离驱动电路，再转化成对应的控制信号对变换器进行控制；基于FPGA的模糊MPPT控制器的输出为最优转速参考值的数字量，与F28335DSP的数字输入口相连，作为永磁同步电机转速闭环控制的参考值；安装在永磁同步电机上的编码器的输出连接到F28335DSP的正交脉冲编码单元QEP3-4，使F28335DSP测量计算电机的实际运行情况。

如附图1所示，基于FPGA的永磁直驱风电系统中的模糊MPPT控制器，包括了模糊处理模块和最优值计算模块；利用模糊处理模块对功率差值进行处理；所述模糊处理模块包括微分单元和模糊MPPT控制器；所述最优值计算模块包括延时单元、比较单元和零点补偿单元；最优值计算模块具体用到了两组延时单元、比较单元和零点补偿单元。

所用最优值计算模块、模糊处理模块都在一块FPGA芯片上实现，该芯片的输入为发电机当前转速ω_r和系统当前功率P_s对应的数字信号量，输出为最优转速参考值ω_r*对应的数字信号量。

转速参考值表达式为：

ω_c为转速变化零点保护值，k₁、k₂为转速变化值的两个判定阈值，其中k₁为正值，k₂为负值。

模糊规则如下，

其中PB为正大，PS为正小，AZ为零，NS为负小，NB为负大；

ΔP/ΔPe	PB	PS	AZ	NS	NB
						PB	PB	PB	PB	PS	AZ
PS	PB	PS	PS	AZ	NS
						AZ	PB	PS	AZ	NS	NB
NS	PS	AZ	NS	NS	NB
						NB	AZ	NS	NB	NB	NB

模糊MPPT控制器利用了FPGA处理速度快、资源丰富的优势，采用流水方式的并行处理模式实现模糊处理功能和最优值计算功能，在实现了控制器体积小型化的同时得以提高系统响应速度，更适合嵌入风电控制系统中。

模糊MPPT控制器输入仅为发电机的功率和转速，与其他方法相比，不需要对风速进行测量，避免了高精度风速的测量困难以及存在的测量误差；同时也不需要对风机模型进行参数测定，提高了控制器的稳定性与精确性。

模糊MPPT控制器，对功率变化值ΔP进行了模糊化处理，使其相对于传统的爬山搜索法能够更加精确定位系统当前在功率曲线上的位置，灵活调节系统的搜索步长，以此提高了系统的快速性；同时对转速变化值Δω_r进行零点补偿，防止系统在最大功率点附近来回穿越，提高了系统的精确性。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于FPGA的永磁直驱风电系统模糊MPPT控制装置，其特征在于：包括仓体(1)；所述仓体(1)包括第一腔体(11)和第二腔体(12)；所述第一腔体(11)内设置有模糊控制系统；所述第二腔体(12)与第一腔体(11)连通设置；所述第二腔体(12)内靠近第一腔体(11)的一侧设置有进气风扇(121)；所述第二腔体(12)内远离第一腔体(11)的一侧设置有除潮单元(13)；所述除潮单元(13)包括第一防尘滤网(131)和第二防尘滤网(132)；第一防尘滤网(131)和第二防尘滤网(132)之间夹持设置有吸水材料(133)；若干所述除潮单元(13)沿第二腔体(12)内的空气流动方向相互间隔设置；所述除潮单元(13)从第二腔体(12)的侧壁嵌设进其中；所述第二腔体(12)内还嵌设有隔板(122)；所述隔板(122)将第二腔体(12)的内部空间分隔为S型通路；所述进气风扇(121)的进气口对应S型通路的其中一端。

2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的永磁直驱风电系统模糊MPPT控制装置，其特征在于：所述第二腔体(12)顶部侧壁上沿空气流动的方向设置有若干放置孔(128)；所述除潮单元(13)与放置孔(128)嵌套配合设置；所述除潮单元(13)上端外缘延伸设置有限位框(134)；所述限位框(134)与第二腔体(12)的侧壁密封贴合设置；所述限位框(134)面向第二腔体(12)侧壁的一端设置有压力传感器。

3.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的永磁直驱风电系统模糊MPPT控制装置，其特征在于：所述除潮单元(13)还包括密封板(135)；若干所述密封板(135)连接设置在第一防尘滤网(131)和第二防尘滤网(132)之间；所述第一防尘滤网(131)、第二防尘滤网(132)和密封板(135)共同围合成顶部开口的盛料腔(136)；所述吸水材料(133)装填在盛料腔(136)中。

4.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的永磁直驱风电系统模糊MPPT控制装置，其特征在于：所述吸水材料为吸水硅胶粒。