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　    1  引言

　　風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)是綜合性控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)不僅要監(jiān)視機組運行參數(shù)，對機組進行并網(wǎng)與脫網(wǎng)控制，而且還要根據(jù)風速與風向的變化，對機組進行優(yōu)化控制。CAN總線是一種支持分布式控制系統(tǒng)和實時性控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。其以多主機方式工作，通信速率可達1mbps。

　　can總線的上述特點正適用于風力發(fā)電機控制系統(tǒng)的獨特要求，因此，本文提出一種基于can總線架構(gòu)的風力發(fā)電控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)中各模塊之間通過can總線實時交換數(shù)據(jù)，實現(xiàn)主控系統(tǒng)及各控制節(jié)點間的實時通信與數(shù)據(jù)交換。文章在分析了can協(xié)議及can獨立控制器sja1000工作原理和讀寫邏輯的基礎(chǔ)上，設(shè)計了can接口，給出了硬件原理圖，分析了can通訊程序流程及系統(tǒng)中信號和控制指令的通訊幀格式。另外，本文還給出了基于嵌入式qt的應(yīng)用程序的設(shè)計方案。

　　2  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

　　本文基于分散控制系統(tǒng)理念，針對雙饋型變速恒頻風力發(fā)電機組設(shè)計控制系統(tǒng)。雙饋型風電機組控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　圖1  雙饋型風電機組控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

　　主控制器選用32位嵌入式處理器at91rm9200，通過硬件設(shè)計擴展外圍can接口，實現(xiàn)與其它節(jié)點的通信。同時外接帶觸摸屏的lcd顯示器，監(jiān)控界面利用嵌入式qt設(shè)計，對整個機組實時監(jiān)控。主控制器通過以太網(wǎng)與風電場控制中心通信。變流器控制采用雙pwm控制方式，即由兩個dsp生成pwm信號，電機側(cè)部分負責電機勵磁控制，網(wǎng)側(cè)負責并網(wǎng)控制；兩模塊均基于tms320f2812設(shè)計，通過其自帶的ecan接口與主控制器及其它節(jié)點通信。變槳控制系統(tǒng)同樣基于arm(at91rm9200)設(shè)計，擴展can接口實現(xiàn)通信。變槳控制器和變頻控制器通過i/o通道采集接收各傳感器數(shù)據(jù)，并進行相關(guān)計算與判斷，輸出控制信號，實現(xiàn)智能分散控制，同時向主控制器發(fā)送機組參數(shù)并接收主控命令。整體結(jié)構(gòu)框圖如圖2。

　　圖2  風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

　　主控制器位于地面控制柜，變槳控制器位于機艙控制柜，變頻控制器分電機側(cè)和網(wǎng)側(cè)兩部分，位于地面控制柜。模塊與模塊之間can總線信號經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后使用光纖連接。

3  CAN接口硬件設(shè)計

　　can是一種基于廣播的通訊機制，報文依靠報文標識符來進行識別。can協(xié)議支持兩種幀格式，不同之處在于標識符域的長度不同，一種被稱為can標準幀，支持11bit的標識符長度；另一種稱為can擴展幀，支持29bit的標識符。#p#分頁標題#e#

　　can接口芯片選用philips公司的can獨立控制器sja1000。arm處理器at91rm9200內(nèi)部集成了外部總線接口ebi，通過此接口與sja1000連接。從sja1000輸出的can信號，通過光藕器件隔離后連接到收發(fā)器tja1050，收發(fā)器的輸出與總線連接。

　　sja1000的地址線和數(shù)據(jù)線是分時復(fù)用的，而at91rm9200的外部數(shù)據(jù)總線接口ebi的地址線和數(shù)據(jù)線是相互獨立的，因此，需要通過軟件編程實現(xiàn)地址的鎖存，以達到數(shù)據(jù)和地址的分時傳輸。硬件原理圖如圖3[3]。

　　圖3 CAN接口硬件原理圖

　　sja1000的數(shù)據(jù)/地址復(fù)用總線直接與arm的ebi數(shù)據(jù)總線低8位連接，地址鎖存信號/ale由arm的a0產(chǎn)生，/cs與/we分別由ncs4和new與a0經(jīng)或運算后產(chǎn)生。由硬件電路可確定sja1000的物理地址是0x50000000。

　　風電場環(huán)境惡劣，為了保證控制系統(tǒng)準確傳輸數(shù)據(jù)，增強can總線節(jié)點的抗干擾性能， sja1000控制器經(jīng)過高速光藕6n137隔離后與收發(fā)器tja1050相連，實現(xiàn)總線上各can節(jié)點之間的電氣隔離。采用dc-dc電源隔離模塊dcr010505，實現(xiàn)光耦兩端的電源隔離。canh接總線的高電平端，canl接總線的低電平端。由于風電機組垂直距離較高，容易受雷電的影響，在兩根can總線輸入端與地之間分別并聯(lián)一30pf的電容和一防雷擊管，以濾除高頻干擾和防止浪涌電壓。