基于CAN总线的风力发电机控制器的研究

论文摘要

近年来,风能作为一种可再生的清洁能源日益受到世界各国的广泛重视,风力发电快速发展已有将近20年的历史,其中风力发电机的单机控制系统是风力发电技术中的重点课题。本文在对传统的风力发电机控制系统进行了深入分析和研究的基础上,设计了一种全新的兆瓦级变桨距风力发电机组的控制系统。首先本文阐述了风力发电机的基本控制理论及CAN总线技术,提出了传统风力发电机控制器采用RS485总线存在的一些问题和不足,论述了CAN总线在这些方面的优点。然后对风力发电机控制系统的功能和控制过程进行了深入的研究,在此基础上设计出了风力发电机控制器的总体构架,其主要分为机舱控制柜和塔底控制柜,它们之间通过光纤来传输信号,克服了信号在传输过程中的衰减和干扰等问题。在机舱控制柜中主要有数字量、模拟量输入输出模块WE100、计数器模块WE110和CAN转光纤模块WE120,在塔底控制柜中主要有嵌入式智能主控制器WE300、电量采集模块WE150和光纤转CAN模块WE120。本文采用了Platform Builder来裁剪嵌入式主控制器WE300的操作系统WINCE,并在WINCE平台上采用VS.NET2005进行了CANopen主站程序的开发。采用CP2515和CTM1050T作为CAN总线的控制器和收发器,在WE100模块设计上采用了C8051F120作为CPU,同时使用光耦TLP521实现输入输出信号的隔离。在WE120模块中采用光一体收发模块OCM2351实现光信号和电信号的转换。在WE150电量采集模块上采用电量采集芯片ATT7022B完成电量采集功能。使用82C54计数芯片实现WE110计数模块的高速计数功能。同时本课题采用了CANopen协议和TCP/IP协议作为主要通讯协议,编写了整个系统的通讯链路程序、嵌入式一体化机监控界面程序、远程监控系统(SCADA)程序。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和选题依据
• 1.2 风力发电机组控制系统的研究进展
• 1.3 课题的来源和主要研究的内容
• 1.3.1 课题来源和系统介绍
• 1.3.2 课题所研究的主要内容
• 第二章 风力发电机控制理论及CAN总线技术概述
• 2.1 风力发电机控制理论
• 2.1.1 风力发电机的工作原理
• 2.1.2 风力发电机组并网技术的研究现状
• 2.1.3 变桨距风力发电机组
• 2.2 CAN总线概述
• 第三章 风力发电机控制器的功能及控制过程
• 3.1 风力发电机控制器的功能
• 3.2 风力发电机控制器的控制过程
• 3.2.1 风力发电机的启动控制
• 3.2.2 风力发电机的运行状态监控
• 3.2.3 风力发电机的刹车松闸和停机控制
• 3.2.4 风力发电机的偏航与解缆控制
• 3.2.5 风力发电机的机舱温度控制
• 3.2.6 风力发电机的控制柜温度控制
• 3.3 风电机组的控制策略
• 3.3.1 总体控制
• 3.3.2 风电机组工作状态的切换
• 第四章 风力发电机控制器的硬件整体结构及各模块的设计
• 4.1 风力发电机输入输出信号类型分析
• 4.2 嵌入式CAN智能（主）控制器的设计
• 4.3 WE100（I/O）CAN智能（从）节点的设计
• 4.4 WE110（计数器）CAN智能（从）节点的设计
• 4.5 WE150（电量采集）CAN智能（从）节点的设计
• 4.6 WE120（光纤转换器）CAN智能（从）节点的设计
• 4.7 塔底监控嵌入式一体化机的选择
• 第五章 风力发电机控制器的通讯软件设计
• 5.1 CANOPEN高层协议在CAN控制器通讯中的应用
• 5.2 控制器系统的软件及通讯链路的设计与实现
• 5.2.1 W300智能主控制器与从控制器的通讯程序设计
• 5.2.2 智能控制器和嵌入式一体化机通讯程序的设计
• 5.2.3 嵌入式一体化机监控系统人机界面的软件设计
• 5.2.4 远程数据采集监控（SCADA）系统的设计
• 第六章 结论
• 参考文献
• 附录A CANopen程序
• 在学研究成果
• 致谢