基于弧光原理的风力发电机保护软件设计

1、我们毕业啦其实是答辩的标题地方答辩人指导老师沈若松鲁文军论文绪论研究方向研究过程研究结果论文总结目 录论文绪论研究方向研究过程研究结果论文总结 随着社会的发展，越来越多的能源与环境问题涌现出来。以煤炭、天然气、石油等燃料作为能源的发电厂产生的温室效应是目前世界环境恶化的重要因素。而核能发电因为核废料的处理问题，也不利于环境保护。在可持续发展的要求下，风能作为一种无污染、无公害的可再生能源，在各种形式的能源中脱颖而出。与传统发电形式相比，风力发电具有不消耗矿物质和水资源，减排CO2、SO2、NOx 及烟尘污染物等各种优点，展现出巨大的潜力。 风力发电在成本不断降低和技术日趋成熟的情况下，已经成为

2、电力系统所有新能源里相对增长最快的发电方式。大力发展风力发电将有助于实现能源的安全和多元化、减少化石燃料造成的环境污染、替代核能，对生态环境保护、能源结构改善、可持续发展的促进有决定性作用“”网侧变频器转子侧变频器齿轮箱G双馈发电机电网风力机 双馈异步风力发电机又可称之为交流励磁发电机，它的结构与绕线式异步电机类似，由定子绕组直连定频三相电网的绕线型异步发电机和安装在转子绕组上的双向背靠背IGBT电压源变流器组成。这种发电机运用变频器实现它的交流励磁，转差功率由变频器供给，容量的需求大大减小。频率恒定的对称三相电源激励定子绕组，频率可调的对称三相电源激励转子绕组，定转子之间的转差频率确定电机转

3、速。论文绪论研究方向研究过程研究结果论文总结研究方向论文绪论研究方向研究过程研究结果论文总结国内发展现状 随着国内风力发电项目逐渐增多，风力发电机的容量也不断增大。新增装机中2MW及以上容量的风力发电机逐渐成为主流，最大的可以做到5MW甚至10MW。在这种情况下，风力发电机的保护却没有得到重视。以目前应用最多的2MW机组为例，发电机只在绕组内部预埋温度传感器，发电机如遇各种故障只能通过温度继电器保护来将其切除。保护问题成因 风力发电机大多装设在高原和沿海地区。高原绝缘条件差，沿海地区风力发电机的受潮情况相当严重。在这些不良因素的影响下，一旦发电机发生外部短路，就会引起其内部绕组过流。而发电机是

4、电源，内部故障情况无法通过外部电流测量正确反应，这使得发电机绕组有被烧毁的可能。 一般的，发电机容量超过1MW，必须配置差动保护。而目前风力发电机因某些历史原因，未考虑配置复杂的保护，其中性点侧绕组也就没考虑引出，因此无法测量中性点侧的电流，导致现有的风力发电机无法配置差动保护。TEXT弧光保护 风力发电机内部短路电流一般都会造成弧光放电，当弧光时间超过100ms时，弧光产生的能量指数级别上升。小电流故障也能产生弧光，如不及时切除故障，完全可能烧毁发电机。 风力发电机电弧光保护专门根据风力发电机的特点设计而成。该系统采用弧光检测和温湿度检测原理，动作快、可靠性高，能有效保护发电机内部弧光故障和

5、外部短路的过流。TEXT硬件方案 弧光保护装置需要具备这两个功能：一是通过单片机串口与上位机通信；二是对照度传感器设置上限阀值，当传感器检测到光强超过该阀值时，系统能控制对应继电器吸合。这些功能需要合理的硬件和软件设计来共同实现，其中 硬件结构是软件程序的基础。 系统的硬件主要包括电源模块，单片机模块，I2C总线扩展模块，与上位机接口模 块以及传感器模块。TEXT软件方案 该系统软件设计采用模块化结构，主要完成以下几项工作：通过I2C软件包底层子程序MCU的P0.0和P0.1两个IO口来模拟I2C总线，并对各个传感器进行模块化设计，实现了单片机与传感器之间的I2C通信，读取传感器数据；在上位机

6、使用串口调试助手软件对系统进行调试；设置光照强度上限阀值，当照度传感器检测到的光强大于该阀值时，控制继电器吸合 。TEXTI2C总线 整个程序由I2C软件包底层子程序，I2C总线通信子程序,与上位机通信子程序以及控制继电器吸合子程序组成。 目前I2C总线凭借其严格的规范以及众多带有I2C接口的外围器件而得到广泛应用。主要用于I2C器件之间的二线制同步通信，它通过数据总线SDA和时钟总线SCL即可实现完善的全双工同步数据传送，能够十分方便的构成多机系统和外围器件扩展系统。论文绪论研究方向研究过程研究结果论文总结单片机模块电源模块传感器模块I2C扩展模块接口模块 硬件选型上，单片机模块采用STCl

7、lL60XE高速单片机，电源模块采用ACDC隔离电源，所有输入输出均实现隔离，传感器与主机采用I2C总线接口，并加入隔离扩展。接口模块配置有RS-232接口、USB接口和CAN接口，可任选一个与PC机进行通讯。论文绪论研究方向研究过程研究结果论文总结继电器研究过程研究方向研究过程研究结果I2C总线结构 I2C总线技术主要特点如下：(1)在I2C总线系统中，任何的I2C器件，不管它们之间的功能有多大差别，都是通过时钟线SCL和数据线SDA接到I2C总线上。因此，在电路设计时只要将器件的SCL和SDA引脚接入I2C总线，然后对该器件模块进行独立的电路设计即可。(2)I2C外围接口器件的器件地址具有

8、很高的独立性。(3)软件操作具有一致性。论文绪论论文总结SDASCLVCC单片机1SCL SDASDA SCL其他I2C外围设备SDA SCLA/D或D/ASDA SCL存储器单片机2SCL SDARR PCA9545A作为I2C总线扩展器件，可以解决I2C器件在使用过程中因地址冲突或各器件间电压不同而造成无法正常连接的问题。其结构图如上所示。I2C总线扩展器件 传感器方面，配置有四路数字照度传感器(ISL29023)、四路数字温度传感器(LM75A)、四 路 数 字 温 湿 度 传 感 器(SHT21)。I2C传感器研究方向研究过程研究结果论文绪论论文总结I2C器件 I2C器件就是把I2C协

9、议植入器件的IO 口，使用时器件直接挂到I2C总线上，这样的特点给在设计应用系统时带来了很大的方便。I2C器件无须片选信号，是否选中是由主器件发出的I2C从地址决定的，而I2C器件的从地址是由I2C总线委员会实行统一发配的总线控制寄存器主程序串口通信模块子程序研究方向研究过程研究结果论文绪论论文总结程序设计程序设计NY开始系统初始化依次读取各传感器的数据光强度是否超过阈值继电器跳闸送上位机显示NNYY读取SUBF的数据RI清0从SUBF中读取的数据是否为5XH？发送数据发送数据发送数据是否发送结束？I2C通信模块程序外部中断子程序研究方向研究过程研究结果论文绪论论文总结Y开始申请I2C总线发送

10、器件从地址，方向写是否应答是否应答发送器件子地址重启总线，方向读发送非应答信号发送应答信号结束总线NN 程序设计时，在ISL29023照度传感器的中断控制寄存器中设置了上限阀值为0200H (即5001ux) 当ISL29023检测到的光照强度大于此阀值，就通过外部中断源INT0向CPU发出一个中断请求，CPU响应中断请求进入相应的中断服务子程序，即控制继电器吸合。研究结果研究方向研究过程研究结果由此可知，C0=12*16*0.125=24C1=(12*16+1)*0.125=24.125D2=(13*16+2)*0.125=26.25D3=(13*16+3)*0.125=26.375论文绪论

11、论文总结温度传感器仿真及数据分析温度传感器仿真及数据分析第一路传感器第二路传感器第1次读取C0C1第2次读取C0C1第3次读取C1D2第4次读取C1D3计算公式：计算公式：温度值温度值=(16=(16位位值值) )* *0 0125125（读取的数据均为十六进制数据，要换算成10进制数据，以下皆相同）研究方向研究过程研究结果计算公式：计算公式：温度值温度值=-46.85+175.72=-46.85+175.72* *(16(16位数值位数值) )216216；湿度值湿度值=-6+125=-6+125* *(16(16位数值位数值) )216216 前两次读取时温度传感器数据分别为B1、B0、A

12、F，三个数据相差不大，取中间值B0，根据温度转换公式，B0=11*16*0125=22。 将温湿度传感器温度数据代入计算公式计算得到的温度数值分别为：2271、2272、2295与温度传感器的平均数值22接近。代入湿度数据计算到第一路湿度传感器测得的平均湿度值为6639RH，第二路湿度传感器测得的湿度平均值为6540RH。 后两次测量时第二路温湿度传感器的温度数值代入公式计算，哈气后温度值上升为2366；湿度值上升为7689RH和8098RH。论文绪论论文总结温湿度温湿度传感器仿真及数据分析传感器仿真及数据分析第一路温度传感器第二路温度传感器第一路温湿度传感器(温度数据)第二路温度传感器（温度

13、数据）第一路温湿度传感（湿度数据）第二路温湿度传感（湿度数据）第1次读取B1AF655665B094409230第2次读取B0AF655C65B094409240第3次读取AFAE655466B89660A9C0第4次读取AEAE655066B89660B220研究方向研究过程研究结果测量范围测量范围0961ux640001ux；计算公式：照度值计算公式：照度值=64000*(16位数值位数值)216；论文绪论论文总结 照度传感器仿真及数据分析照度传感器仿真及数据分析第二路传感器第三路传感器第1次读取1A1C第2次读取1A1C第3次读取1A01第4次读取1A01第5次读取093DA6第6次读取093A97 应用公式可以算得：前两次正常读取时两路传感器测量的照度值分别为25.391ux和27.341ux：当用手遮住其中一路照度传感器时，此时测得的照度值为0.981ux，有明显的减小；用闪光灯照射其中一路照度传感器，两次测得的照度值分别为15412.1llux和14647.461ux，有明显增强。 照度阀值定为照度阀值定为0200H，即，即5001ux，若照度传感器检测到的光，若照度传感器检测到的光强超过该阀值，对应的继电器将吸强超过该阀值，对应的继电器将吸合。合。论文总结研究结果研究方向研究过程论文