基于FPGA的风电机组输入输出控制器

内蒙古大学鄂尔多斯学院电子信息工程系 ■ 王 鑫 王俊林

一 引言

众所周知，以煤、石油、天然气为主的常规能源，不仅资源有限，而且会造成严重的环境污染。因此，在能源消耗日益增长、环境污染日渐严重的今天，风能作为一种无污染的可再生能源而倍受关注，风力发电技术成为各国学者竞相研究的热点，风力发电的控制技术也获得了长足的发展[1,2]。

控制技术是风力发电的关键技术之一，控制器是风电机组运行的“大脑”，是使整个机组实现正常安全运行的可靠保证。目前，单片机和可编程控制器在大中型风电机组的控制系统中已得到广泛的应用。整个风电机组控制系统的体积越来越小，控制性能越来越完善，智能化程度越来越高，运行更加可靠，维修和操作则更简便易行，从而真正实现了风电场的自动监控及无人值守运行[3]。

现场可编程门阵列FPGA (Field Programmable Gate Array)是一种可编程逻辑器件，具有工作效率高、运行速度快、编程简单、易实现大规模系统、可方便进行二次开发等优点，因此，选择将FPGA应用于风电机组输入输出控制器中可大大优化系统性能。

二 风电机组的控制原理

1 风电机组的结构

风电机组通常由叶轮、传动系统、发电机、偏航系统、风速及风向传感器、控制系统等部分组成，如图1所示。将气动性能优异的叶片安装在轮毂上组成叶轮，叶轮的作用是将风能转换为机械能。通常，叶轮转速较低，以保证叶片前端的线速度在叶片材料允许的范围内，通过传动系统由齿轮箱增速，可将叶轮30r/min左右的转速提高到800～1500r/min，将机械能传递给发电机。……