基于fpga的用于风电场超声波风速监测装置和监测方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于FPGA的用于风电场超声波风速监测装置和监测方法，基于FPGA的用于风电场超声波风速监测装置，包括FPGA芯片、单片机和三对超声波换能器；FPGA芯片，实现超声波发射信号的时序发射，以及从驱动脉冲的发送到正确接收到超声波信号所用的传播时间的计算；三对超声波换能器，依次从上向下发射超声波信号，发射的同时启动定时器计数；每对超声波换能器分别进行一次发射和接收，三对都完成，则完成一个循环过程；单片机，接收FPGA芯片传输的数据。从而达到更精确的对风电功率进行预测和校正，提高预测精度，促进新能源发电的发展的目的。
【专利说明】基于FPGA的用于风电场超声波风速监测装置和监测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及新能源发电过程中风资源监测【技术领域】，具体地，涉及一种基于FPGA的用于风电场超声波风速监测装置和监测方法。
【背景技术】
[0002]目前，我国风电进入规模化发展阶段以后所产生的大型新能源基地多数位于“三北地区”(西北、东北、华北)，大型新能源基地一般远离负荷中心，其电力需要经过长距离、高电压输送到负荷中心进行消纳。由于风资源的间歇性、随机性和波动性，导致大规模新能源基地的风电发电出力会随之发生较大范围的波动，进一步导致输电网络充电功率的波动，给电网运行安全带来一系列问题。
[0003]截至2013年11月，甘肃电网并网风电装机容量已达668万千瓦，约占甘肃电网总装机容量的21%，成为仅次于火电的第二大主力电源。随着风电并网规模的不断提高，风电不确定性和不可控性给电网的安全稳定经济运行带来诸多问题。而现有技术还有能够对风力发电过程中的风资源进行准确监测的技术。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种基于FPGA的用于风电场超声波风速监测装置和监测方法，以实现精确的对风电功率进行预测和校正，提高预测精度，促进新能源发电的优点。
[0005]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
一种基于FPGA的用于风电场超声波风速监测装置，
包括FPGA芯片、单片机和三对超声波换能器；
所述FPGA芯片，实现超声波发射信号的时序发射，以及从驱动脉冲的发送到正确接收到超声波信号所用的传播时间的计算；
所述三对超声波换能器，依次从上向下发射超声波信号，发射的同时启动定时器计数；每对超声波换能器分别进行一次发射和接收，三对都完成，则完成一个循环过程；
所述单片机，接收FPGA芯片传输的数据。
[0006]根据本发明的优选实施例，上述三对超声波换能器每对超声波换能器之间的距离是 15cm。
[0007]同时本发明的技术方案还提供了一种基于FPGA的用于风电场超声波风速监测装置的监测方法，所述三对超声波换能器中每对超声波换能器均上下设置；包括以下步骤:
步骤1:三对超声波探头的上边三个超声波换能器依时间分别向下边三个探头发送驱动脉冲，并同时启动计时器计时TI，T2，T3，并同时启动下面三个超声波探头的时间判别接收触发电路；
步骤2:判断下面三个超声波探头是否接收到超声波信号，如没有接收到超声波信号则返回步骤I ; 步骤3:如接收到超声波信号，则记录三对超声波探头依次分别从上面超声波探头发射到下面相对应的超声波探头的超声波飞行时间Tl，T2，T3 ；
步骤4:然后三对超声波探头的下边三个超声波换能器依时间分别向上边三个探头发送驱动脉冲，并同时启动计时器计时Tl’，T2’，T3’，同时启动上面三个超声波探头的时间判别接收触发电路；
步骤5:判断上面三个超声波探头是否接收到超声波信号，如没有接收到超声波信号则返回步骤4;
步骤6:如接收到超声波信号则记录三对超声波探头依次分别从下面超声波探头发射到上面相对应的超声波探头的超声波飞行时间Tl’，Τ2’，Τ3’ ；
步骤7:判断单片机是否允许传输数据中断，如不允许传输数据中断则延时等待；
步骤8:如单片机允许传输数据中断，则FPGA向单片机发出中断请求，FPGA启动数据传输时钟，同时将超声波飞行时间Tl，Τ2，Τ3，Tl’，Τ2’，Τ3’发送到单片机；
步骤9:等到数据传输结束，则断开与单片机的连接。
[0008]本发明的技术方案具有以下有益效果:
本发明的技术方案，通过对风力发电过程中的风资源进行监测，更好的预测未来一段时间内风能的变化情况，从而更精确的对风电功率进行预测和校正，提高预测精度，促进新能源发电的发展。
[0009]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本发明实施例所述的基于FPGA的用于风电场超声波风速监测方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0011]以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0012]一种基于FPGA的用于风电场超声波风速监测装置，
包括FPGA芯片、单片机和三对超声波换能器；
所述FPGA芯片，实现超声波发射信号的时序发射，以及从驱动脉冲的发送到正确接收到超声波信号所用的传播时间的计算；
所述三对超声波换能器，依次从上向下发射超声波信号，发射的同时启动定时器计数；每对超声波换能器分别进行一次发射和接收，三对都完成，则完成一个循环过程；
所述单片机，接收FPGA芯片传输的数据。
[0013]其中，三对超声波换能器每对超声波换能器之间的距离是15cm。
[0014]如图1所不，同时本发明的技术方案还提供了一种基于FPGA的用于风电场超声波风速监测装置的监测方法，三对超声波换能器中每对超声波换能器均上下设置；包括以下步骤:
步骤1:三对超声波探头的上边三个超声波换能器依时间分别向下边三个探头发送驱动脉冲，并同时启动计时器计时TI，T2，T3，并同时启动下面三个超声波探头的时间判别接收触发电路；
步骤2:判断下面三个超声波探头是否接收到超声波信号，如没有接收到超声波信号则返回步骤I ;
步骤3:如接收到超声波信号，则记录三对超声波探头依次分别从上面超声波探头发射到下面相对应的超声波探头的超声波飞行时间Tl，T2，T3 ；
步骤4:然后三对超声波探头的下边三个超声波换能器依时间分别向上边三个探头发送驱动脉冲，并同时启动计时器计时Tl’，T2’，T3’，同时启动上面三个超声波探头的时间判别接收触发电路；
步骤5:判断上面三个超声波探头是否接收到超声波信号，如没有接收到超声波信号则返回步骤4;
步骤6:如接收到超声波信号则记录三对超声波探头依次分别从下面超声波探头发射到上面相对应的超声波探头的超声波飞行时间Tl’，Τ2’，Τ3’ ；
步骤7:判断单片机是否允许传输数据中断，如不允许传输数据中断则延时等待；
步骤8:如单片机允许传输数据中断，则FPGA向单片机发出中断请求，FPGA启动数据传输时钟，同时将超声波飞行时间Tl，Τ2，Τ3，Tl’，Τ2’，Τ3’发送到单片机；
步骤9:等到数据传输结束，则断开与单片机的连接。
[0015]最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于FPGA的用于风电场超声波风速监测装置，其特征在于， 包括FPGA芯片、单片机和三对超声波换能器； 所述FPGA芯片，实现超声波发射信号的时序发射，以及从驱动脉冲的发送到正确接收到超声波信号所用的传播时间的计算； 所述三对超声波换能器，依次从上向下发射超声波信号，发射的同时启动定时器计数；每对超声波换能器分别进行一次发射和接收，三对都完成，则完成一个循环过程； 所述单片机，接收FPGA芯片传输的数据。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的用于风电场超声波风速监测方法，其特征在于，上述三对超声波换能器每对超声波换能器之间的距离是15cm。
3.—种权利要求1和权利要求2所述的基于FPGA的用于风电场超声波风速监测装置的监测方法，所述三对超声波换能器中每对超声波换能器均上下设置；其特征在于，包括以下步骤: 步骤1:三对超声波探头的上边三个超声波换能器依时间分别向下边三个探头发送驱动脉冲，并同时启动计时器计时Tl，T2，T3，并同时启动下面三个超声波探头的时间判别接收触发电路； 步骤2:判断下面三个超声波探头是否接收到超声波信号，如没有接收到超声波信号则返回步骤I ; 步骤3:如接收到超声波信号，则记录三对超声波探头依次分别从上面超声波探头发射到下面相对应的超声波探头的超声波飞行时间Tl，Τ2，Τ3 ； 步骤4:然后三对超声波探头的下边三个超声波换能器依时间分别向上边三个探头发送驱动脉冲，并同时启动计时器计时Tl’，Τ2’，Τ3’，同时启动上面三个超声波探头的时间判别接收触发电路； 步骤5:判断上面三个超声波探头是否接收到超声波信号，如没有接收到超声波信号则返回步骤4; 步骤6:如接收到超声波信号则记录三对超声波探头依次分别从下面超声波探头发射到上面相对应的超声波探头的超声波飞行时间Tl’，Τ2’，Τ3’ ； 步骤7:判断单片机是否允许传输数据中断，如不允许传输数据中断则延时等待； 步骤8:如单片机允许传输数据中断，则FPGA向单片机发出中断请求，FPGA启动数据传输时钟，同时将超声波飞行时间Tl，Τ2，Τ3，Tl’，Τ2’，Τ3’发送到单片机； 步骤9:等到数据传输结束，则断开与单片机的连接。
【文档编号】G01P5/24GK103884863SQ201410059237
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年2月21日 优先权日:2014年2月21日
【发明者】汪宁渤, 路亮, 马彦宏, 赵龙, 周强, 马明, 张健美, 王明松 申请人:国家电网公司, 国网甘肃省电力公司, 甘肃省电力公司风电技术中心
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