MW级风机独立安全链中基于

MW级风机独立安全链中基于FPGA的超速保护设计与实现徐兴康朱蕴李新育上海电气自动化设计研究所摘要：采用FPGA设计并实现了MW级风机独立安全链中纯硬件的超速保护系统。该设计是基于Altera公司的ACEX1K芯片。该设计已成功应用于MW级风机主控系统中。关键词：风机FPGA超速FPGABasedDesignandImplementofOverspeedProtectioninMWWindTurbinesIndependentSafetyChainXuXingkangZhuYunLiXinyuAbstract：FPGAdesignandimplementationofpurehardwarespeedingoverprotectionsysteminMegawattwindturbine’sindependentsafetychain.ThedesignisbasedonAltera'sACEX1Kchip.ThedesignhasbeensuccessfullyappliedonMegawattfanmaincontrolsystem.Keywords：windturbineFPGAoverspeed熔1默引娱言紫在当言今能妈源和破环境江问题扩日益过受到咐关注坝的情炭况下亩，利拆用风菜能进车行发甜电日逗益受最到人傍们的傍重视云。随果着科倦学技侵术的摧不断袄发展圾，风毫力发榴电技递术尤弹其是甲风电拳控制储技术罗在世代界范密围内丸得到奋了飞殖快的费发展默，风黑力发驱电逐断步走虑上了珍功率抽大、船重量瓜轻、心造价挽低、浪可靠李性高礼的商箱业化锤发展车道路找。化我国贡地域忽辽阔亦、风墙力资炼源丰围富，础充分组利用竿风能仁发电浑对解妄决我默国日吴趋严克重的盗能源逮问题羡和环劫境问患题十震分重熔要。铅近年逼来，完我国室风力毙发电牧已具俩备一恳定规队模，什到2届00屋1年劈底，减已有橡27甚座稍控具规还模的培风电腥场，异风力燥发电冲总装沾机量储达3捡99速.9没M晒W。五作为津风力自资源葵较为鹿丰富佛的国脆家，括利用彩风能寇发电银已具减备一浓定规鸦模。钥但是愈，风箱力发折电控展制技村术主笔要是秋引进丽国外悟技术同。目打前，票国内伴已有久许多缩单位痛开始匆着手糠自行裹开发截和研停究风折电控铅制技径术。广公布叔的发散明专打利有色一百马多条盾。由旱于体都制原脱因，鬼理论贡算法菠研究摊优先广于实镜际开漆发，何纸上命谈兵昏的较对多，亩实际凝应用投的较辈少，鼻产业毫化的豆更少董。汁然而连实际碗上，臂风能屡是一赵种低粪密度锻能源六，具裂有不的稳定款性和烟随机晋性的附特点溉。控页制技埋术是蝇风机独安全忘高效丢运行筑的关些键。佩在M岸W级础风机专控制废运行萌中安些全策撇略优运先级盐要高背于控爽制策秋略的图优先苦级。驻因此桨独立蚕可靠抢的安东全链乳系统兵是每京个M拾W级杏风机披主控料系统仿所必事需的幼，而伤在独捏立安滴全链呢的每昌个环争节中跨均采面用最牲简单免可靠酬的硬绩件来无实现反。门任何职一台诱大功俩率风将机的匙控制己系统柄，首担先考员虑的煎风机厚的失调效安攻全保强护，抚这是婚风机失控制豪系统晚设计唐的关辫键。前有些奋安全锯环节倚因其象本身印是开嫌关量亦信号绪比较香容易哭实现菊纯硬丹件链捐路，哪但还贫有一哀些安屿全环访节本哄身是脊需要骆精确活的模挑拟量弊或数舅字量变信号涨，难杠以用随简单狭的纯巩硬件判链路末实现你安全比链控锤制。互超速摸保护违就是膊其中踢一个稀重要线的安叠全环翅节。距上海滨电气贩自动引化设误计研要究所啦有限仪公司暮研发江的M氏W级器大功愧率风喊机的肿控制立系统扎中，目独立带安全幕链是狡完全柴自主邪研发云的拥温有自脸主知条识产航权的始产品折。本骨篇论港文正烦是阐中述了宇其中给的一陆个重伏要安君全环悼节超六速保耀护的卫设计疤与实础现复随着销现场哗可编量程门跟阵列阁技术将（F之PG恒A）费的飞装速发字展，诉利用微FP医GA悔芯片联实现衣精确等的纯酸硬件枪超速改保护层已成椅为可陷能。异本文忽正是名应用戏AL存TE孝RA即公司设的A罚CE该X舍1K盏系列交芯片稿的强卵大功龄能，四来实骨现超炸速保徒护安谈全控走制。伙2蜘风择机安价全链怨的特贼点披风机家的安基全系脉统是诚失效僻-安窄全控捆制模备式，匆由于书独立耗安全佛链的贤存在拍，不霜会导访致任况何叶捆片向脉小的复桨距摸角方肆向变涝距或河导致馆风机锄的加秋速度改旋转蛾。风拣机的碌安全悔链是池一个毙硬线谁电路盼，所寸有为兴触发洪紧急当停机缠1或炊紧急辜停机咸2的樱触点悼都是米串联芦的。富安全壤环中刃的触表点有脱：欣1）庸紧急恰停机母按钮袭1+挥2在甘机舱赞中；浆2）性紧急费停机貌按钮智3在扁塔底飞；吴3）妻风轮贴超速毯保护璃开关蝴；坊4）链振动用开关嗽；篇5）塑变桨玩距系裕统的焰一个象触点贴；伐6）窗风机合控制帐器的叉一个吨触点器（触核发此挖触点卡的错耻误被地列在挎错误庭列表美中）军；嘴7）为辅助叼触点玩，电观路断聋流器盆/变上频器太；睁8）染解缆慎>3剩圈（狸机械虾触发竞）。宪如果项安全掉链被准打断拾，则包一个咱自锁残继电面器被项释放跟，此颈继电收器可锁以被溉人工铸复位捕，也阅可以方在电险网故东障后通恢复坐时通绩过脉升冲继痒电器苗复位湿。但那风机韵安全支链不商能远疏程复烤位。济如果拜风轮抢超速希保护少开关共的安熔全环伍节失幅效，熊则可寻能导旷致风糟机飞昨车，绩造成难无可凳挽回循的经宁济损渴失。严而风盐轮速押度是弊独立畜安全粒链系株统中店唯一相需要娱精确备测量匪的参另数，健为确势保这柴个环杜节的胶可靠诸有效薪和必陈要的善灵敏臭度，团纯硬睁件的百智能痛超速旧保护单产品怀是非杜常重齿要的脱。由线于不样能使蓬用依叹赖于巷软件煤运行戚的智处能控盯制器蹈，只孟有现代场可煌编程征阵列集芯片院（F仿PG膛A色）危能实湖现纯佛硬件筋的智练能超泄速保佳护。港3盈F嘱PG延A芯奔片的艘特点既FP测GA教近年勉来在惑国内盾发展范得非控常快海,宰它以莲编程安方便伸灵活轻、柔集成惊度高台、沸处理谜速度粱快、燃低功宿耗谣、肿高性楚价比慧、拜可靠皂性高冈等优羡点堂受到迫了广啄大电相子设柏计人灵员的睡青睐某。特侄别是窜在数狼字信登号处游理领娇域，探现场裙可编碎程门览阵列晓(F乌PG蛮A椅)得缸到了四广泛秋的应山用。多AL枝TE匪RA抬公司总的A峰CE失X迹1K劲系列蓬芯片盾EP疮1K肺30找TC逢14政4-弄3具颗有强置大功闸能，党其处翁理数绿据的警速度炉能达课到n艇s级仆。环作为槐该设愧计绑系统紫中的耕主处庄理器腊，可衫以满哭足实街时性起的要橡求。库其规违模枪相当钞于抖5庸万门刑阵列若，对旅应的闻配置撕芯片买为纷EP虚C虏1。伏芯片霞最多裹可用斩的色I长O脚喊10哀2个收，可臂用R粒AM吉总共范有2篇45叼76猪Bi碎ts由，最崭大可尾用L糕E个嗽数1辨72柜8。已足够嚼满足甲系统辽设计彼的需水要。亚吓扒兽貌叮析测汇朽配围靠抚当唇膏脏聚洲惰领沙久辅拣蔑矿辽误筋求锣要荡姓陕东邪攻醉晶怒雕忆删亦僻讲篮庙煤萝眉堵获损种集功词沉其害写阅庭成。庙每个程AC少EX偿1愁K芯蒙片都杜具有晒一个询功能葱强大酸的内哲部门岛阵列春，可语以用陶来实包现内华存和识专门欲的复只杂逻说辑功查能，碑也可倾以用晒来实至现普翠通的墨简单昏逻辑温的功巾能。耽这些挺逻辑控功能羞的实席现可信以用吴VH判DL渡编程尖语言胞或功张能框宜描述蝴来设善计完萄成，介并且捏编程蓬烧录月的一絮次性赖写入缎的配田置芯枯片中谈运行抛。稠芯片挡的每允个I胳/O撞引脚标兼容项TT绣L标则准和料CM港OS漠标准梨，并应且有崭独立咐的配额置寄斗存器生，通下过此合寄存吧器的饥设置箭，可闸配置叶I/穗O引永脚的孔集电黎极开谣路方昼式，或支持克信号陡电平闪的转积换，竖便于址系统窜外围汪的扩法展。担4黑超鄙速保考护的举FP柿GA端刮功能更块连反接剩图约1挂说明将了超地速保嘉护的贺FP奸GA赴久顶层誉模块例框图币。报陷警设与定频昆率为售BC侵D码桌输入价，为碗了将积BC埋D码依转换购成二阔进制牧数，喊因此案选用搁乘加协模块悔al颜tm浓ul亭t_云ad挣d，轧该模嫌块具招有三狭组乘滴加输抢入和缎一组贵13梦位数膏据宽嗽度的情输出吹。风侄轮输轨入的梁脉冲谁频率羞范围坡较低芦，在稠0～夏99比.9否H扑z之成间，家因此幕采用金测量扒输入赠脉冲毙脉宽窑的方贿法。令选用资2个奇5位普数据贸宽度寨的比喂较模伯块l踏pm蒙_c贼om概pa喝re驼和1燥个5什位数日据宽贸度的加计数葛模块勾lp众m_诵co展un画te茧r来优确定涛输入旋脉冲浙脉宽掌测量逆的计积数宽凤度（锈以输权入脉硬冲上堂升沿休为准城）。巾同时歉采用绪频率莫为1璃00沾k配Hz街的计狭数脉刑冲通悠过宽堤度为扩23制位的悟计数滚模块插lp在m_浊co谊un舍te短r来阳测量做输入挠脉宽奖。为免防止兔误动财作选俘用锁延存触宿发器弃df辰f输吐出报唯警信丙号。墙图2抖说像明了纵超速幅保护碧的F华PG蚁A时闸序图册。唱f巩s岔频率鼠为1茎M礼Hz秤晶振颜提供汗,斩进行任分频您后得决10形0朽kH滋z作麻为计赌数脉爪冲。漫f扛x为为输提入脉动冲，科范围胜在在树0～绩99幅.9知H漂z之编间，晨fp栋ga旱_o砌ut茂为超吉速保谎护输殊出，复高电裙平为习输出代报警果状态沫。B猎H，斩B，术BL圆为设冻定脉饥冲频抬率的头BC姥D码槽，索N晃为脉千宽采丘样的辆个数礼。朋图樱1屋FP盈GA船艘顶层者功能更框图基图避2饮FP瓦GA柜时序重图编5钱超各速保虏护安因全链渡的实充现原翅理押5.集1止B脾CD资码转泰换二恒进制无数的奔实现羞方法邪将用爪BC烘D码洪设定苏的报驳警频浪率仇0～桃99萝.9招H巴z转情换成遣二进梳制的眼数据哥，需绪要进创行以您下运坊算。计由于月小数忠无法拒表示护，所被以在沫开始鲜整个槐运算享前把背小数呈点向违右移慈一位侮（即醋XX储.X驳—孙>利XX断X）节，同侨时把超所测个频率厅f助x须也乘篇以1岔0(玩即歉f丙x捆—见>1窃0晃f叔x觉)。逃BH摧为设椒定频浮率的正百位甩，B去为设斯定频扣率的妈十位课，B蒜L为灭设定让频率悲的个暑位，他因此破可得靠到等绞式B绸H负×表10甜0+迹B咸×耕10纵+B擦L，习设该盛等式候的值难为贫f陆t公。如洋此，仰需要毅乘加象模块捉al裂tm宜ul艇t_预ad厦d有斯3组俗乘加爸输入怠，而订固定县的输坑出数不据宽稳度为鹅13墨位。黑5.换2包脉互宽测河量计酸数宽皆度的羡实现帜方法柜超速司保护朱通过须测量极输入译风轮大脉冲期的脉念宽来恋确定篇报警今保护壤状态甲，为撕去除郑输入啦的波尾动，绑需要股测量庸多个侵输入团脉冲盘的脉董宽取建平均照值。闪这就鸽要求肢脉宽单测量少计数馋器的呜计数嘴宽度箭可变映（蓄N显≥仇1）抛。实虫现的压方法由是运呆用1总个计方数器拿和2的个比里较器暴完成遇的。绸首先驳用计所数器纲对被厉测频翁率图f啄x或进行块0～裳15哀之间敏的计弄数（哲N的勿设定啄范围拆为1瓶～1宾6）册，其顶次利副用第对一个筐比较孝器把些计数当值与朽常数抄1比拌较，粉当计粱数值动大于旱1时闹比较尾器的掩输出灶值变寺高。施同时盐利用凯第二歌个比低较器缩，把张计数毙值与弱计数充宽度窗N常值比腰较，勤当计榜数值丈小于崖N域值时鞭，比畅较器情的输傻出值况为高晨。最贞后把羊这两咸个计叉数器帽的输邮出值杆相与退后所木得的济即为疫脉宽义测量招的计泡数宽遇度。迎5.疮3捕输京入脉猪冲宽哪度的权测量可输入脂脉冲哪宽度腥的测耗量方垄法是许采用子数据希宽度涂为2貌3位铸的单砖向递滔增计橡数模贵块l拾pm负_c冰ou载nt盏er航，计悄数的晨时钟歇输入赵为瓜f目s齿（1办00答k杂Hz贩），祸计数桶的使政能为初5.岭2所其述的谊计数锦宽度死，则殿计数善值X慎相当圆于舟N内个输振入脉删冲的忙脉宽壶。此外计数聪值亏X超通过术与设落定的我f痰t卫计算布值丢Y旨比较咬，由焰锁存泥触发脂器d熄ff亲输出惧报警狼信号惊。缸5.颗4芝超维速保算护比株较的吨原理娇假设规输入沸脉冲吹频率霜为拍f姻x友，连投续采避样蛾N淡个脉像冲，林测量敞平均任脉宽助，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