基于fpga的用于風電場超聲波風速監測裝置和監測方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于FPGA的用于風電場超聲波風速監測裝置和監測方法，基于FPGA的用于風電場超聲波風速監測裝置，包括FPGA芯片、單片機和三對超聲波換能器；FPGA芯片，實現超聲波發射信號的時序發射，以及從驅動脈沖的發送到正確接收到超聲波信號所用的傳播時間的計算；三對超聲波換能器，依次從上向下發射超聲波信號，發射的同時啟動定時器計數；每對超聲波換能器分別進行一次發射和接收，三對都完成，則完成一個循環過程；單片機，接收FPGA芯片傳輸的數據。從而達到更精確的對風電功率進行預測和校正，提高預測精度，促進新能源發電的發展的目的。
【專利說明】基于FPGA的用于風電場超聲波風速監測裝置和監測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及新能源發電過程中風資源監測【技術領域】，具體地，涉及一種基于FPGA的用于風電場超聲波風速監測裝置和監測方法。
【背景技術】
[0002]目前，我國風電進入規模化發展階段以后所產生的大型新能源基地多數位于“三北地區”(西北、東北、華北)，大型新能源基地一般遠離負荷中心，其電力需要經過長距離、高電壓輸送到負荷中心進行消納。由于風資源的間歇性、隨機性和波動性，導致大規模新能源基地的風電發電出力會隨之發生較大范圍的波動，進一步導致輸電網絡充電功率的波動，給電網運行安全帶來一系列問題。
[0003]截至2013年11月，甘肅電網并網風電裝機容量已達668萬千瓦，約占甘肅電網總裝機容量的21%，成為僅次于火電的第二大主力電源。隨著風電并網規模的不斷提高，風電不確定性和不可控性給電網的安全穩定經濟運行帶來諸多問題。而現有技術還有能夠對風力發電過程中的風資源進行準確監測的技術。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于，針對上述問題，提出一種基于FPGA的用于風電場超聲波風速監測裝置和監測方法，以實現精確的對風電功率進行預測和校正，提高預測精度，促進新能源發電的優點。
[0005]為實現上述目的，本發明采用的技術方案是:
一種基于FPGA的用于風電場超聲波風速監測裝置，
包括FPGA芯片、單片機和三對超聲波換能器；
所述FPGA芯片，實現超聲波發射信號的時序發射，以及從驅動脈沖的發送到正確接收到超聲波信號所用的傳播時間的計算；
所述三對超聲波換能器，依次從上向下發射超聲波信號，發射的同時啟動定時器計數；每對超聲波換能器分別進行一次發射和接收，三對都完成，則完成一個循環過程；
所述單片機，接收FPGA芯片傳輸的數據。
[0006]根據本發明的優選實施例，上述三對超聲波換能器每對超聲波換能器之間的距離是 15cm。
[0007]同時本發明的技術方案還提供了一種基于FPGA的用于風電場超聲波風速監測裝置的監測方法，所述三對超聲波換能器中每對超聲波換能器均上下設置；包括以下步驟:
步驟1:三對超聲波探頭的上邊三個超聲波換能器依時間分別向下邊三個探頭發送驅動脈沖，并同時啟動計時器計時TI，T2，T3，并同時啟動下面三個超聲波探頭的時間判別接收觸發電路；
步驟2:判斷下面三個超聲波探頭是否接收到超聲波信號，如沒有接收到超聲波信號則返回步驟I ; 步驟3:如接收到超聲波信號，則記錄三對超聲波探頭依次分別從上面超聲波探頭發射到下面相對應的超聲波探頭的超聲波飛行時間Tl，T2，T3 ；
步驟4:然后三對超聲波探頭的下邊三個超聲波換能器依時間分別向上邊三個探頭發送驅動脈沖，并同時啟動計時器計時Tl’，T2’，T3’，同時啟動上面三個超聲波探頭的時間判別接收觸發電路；
步驟5:判斷上面三個超聲波探頭是否接收到超聲波信號，如沒有接收到超聲波信號則返回步驟4;
步驟6:如接收到超聲波信號則記錄三對超聲波探頭依次分別從下面超聲波探頭發射到上面相對應的超聲波探頭的超聲波飛行時間Tl’，Τ2’，Τ3’ ；
步驟7:判斷單片機是否允許傳輸數據中斷，如不允許傳輸數據中斷則延時等待；
步驟8:如單片機允許傳輸數據中斷，則FPGA向單片機發出中斷請求，FPGA啟動數據傳輸時鐘，同時將超聲波飛行時間Tl，Τ2，Τ3，Tl’，Τ2’，Τ3’發送到單片機；
步驟9:等到數據傳輸結束，則斷開與單片機的連接。
[0008]本發明的技術方案具有以下有益效果:
本發明的技術方案，通過對風力發電過程中的風資源進行監測，更好的預測未來一段時間內風能的變化情況，從而更精確的對風電功率進行預測和校正，提高預測精度，促進新能源發電的發展。
[0009]下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1為本發明實施例所述的基于FPGA的用于風電場超聲波風速監測方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0011]以下結合附圖對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用于說明和解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0012]一種基于FPGA的用于風電場超聲波風速監測裝置，
包括FPGA芯片、單片機和三對超聲波換能器；
所述FPGA芯片，實現超聲波發射信號的時序發射，以及從驅動脈沖的發送到正確接收到超聲波信號所用的傳播時間的計算；
所述三對超聲波換能器，依次從上向下發射超聲波信號，發射的同時啟動定時器計數；每對超聲波換能器分別進行一次發射和接收，三對都完成，則完成一個循環過程；
所述單片機，接收FPGA芯片傳輸的數據。
[0013]其中，三對超聲波換能器每對超聲波換能器之間的距離是15cm。
[0014]如圖1所不，同時本發明的技術方案還提供了一種基于FPGA的用于風電場超聲波風速監測裝置的監測方法，三對超聲波換能器中每對超聲波換能器均上下設置；包括以下步驟:
步驟1:三對超聲波探頭的上邊三個超聲波換能器依時間分別向下邊三個探頭發送驅動脈沖，并同時啟動計時器計時TI，T2，T3，并同時啟動下面三個超聲波探頭的時間判別接收觸發電路；
步驟2:判斷下面三個超聲波探頭是否接收到超聲波信號，如沒有接收到超聲波信號則返回步驟I ;
步驟3:如接收到超聲波信號，則記錄三對超聲波探頭依次分別從上面超聲波探頭發射到下面相對應的超聲波探頭的超聲波飛行時間Tl，T2，T3 ；
步驟4:然后三對超聲波探頭的下邊三個超聲波換能器依時間分別向上邊三個探頭發送驅動脈沖，并同時啟動計時器計時Tl’，T2’，T3’，同時啟動上面三個超聲波探頭的時間判別接收觸發電路；
步驟5:判斷上面三個超聲波探頭是否接收到超聲波信號，如沒有接收到超聲波信號則返回步驟4;
步驟6:如接收到超聲波信號則記錄三對超聲波探頭依次分別從下面超聲波探頭發射到上面相對應的超聲波探頭的超聲波飛行時間Tl’，Τ2’，Τ3’ ；
步驟7:判斷單片機是否允許傳輸數據中斷，如不允許傳輸數據中斷則延時等待；
步驟8:如單片機允許傳輸數據中斷，則FPGA向單片機發出中斷請求，FPGA啟動數據傳輸時鐘，同時將超聲波飛行時間Tl，Τ2，Τ3，Tl’，Τ2’，Τ3’發送到單片機；
步驟9:等到數據傳輸結束，則斷開與單片機的連接。
[0015]最后應說明的是:以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種基于FPGA的用于風電場超聲波風速監測裝置，其特征在于， 包括FPGA芯片、單片機和三對超聲波換能器； 所述FPGA芯片，實現超聲波發射信號的時序發射，以及從驅動脈沖的發送到正確接收到超聲波信號所用的傳播時間的計算； 所述三對超聲波換能器，依次從上向下發射超聲波信號，發射的同時啟動定時器計數；每對超聲波換能器分別進行一次發射和接收，三對都完成，則完成一個循環過程； 所述單片機，接收FPGA芯片傳輸的數據。
2.根據權利要求1所述的基于FPGA的用于風電場超聲波風速監測方法，其特征在于，上述三對超聲波換能器每對超聲波換能器之間的距離是15cm。
3.—種權利要求1和權利要求2所述的基于FPGA的用于風電場超聲波風速監測裝置的監測方法，所述三對超聲波換能器中每對超聲波換能器均上下設置；其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:三對超聲波探頭的上邊三個超聲波換能器依時間分別向下邊三個探頭發送驅動脈沖，并同時啟動計時器計時Tl，T2，T3，并同時啟動下面三個超聲波探頭的時間判別接收觸發電路； 步驟2:判斷下面三個超聲波探頭是否接收到超聲波信號，如沒有接收到超聲波信號則返回步驟I ; 步驟3:如接收到超聲波信號，則記錄三對超聲波探頭依次分別從上面超聲波探頭發射到下面相對應的超聲波探頭的超聲波飛行時間Tl，Τ2，Τ3 ； 步驟4:然后三對超聲波探頭的下邊三個超聲波換能器依時間分別向上邊三個探頭發送驅動脈沖，并同時啟動計時器計時Tl’，Τ2’，Τ3’，同時啟動上面三個超聲波探頭的時間判別接收觸發電路； 步驟5:判斷上面三個超聲波探頭是否接收到超聲波信號，如沒有接收到超聲波信號則返回步驟4; 步驟6:如接收到超聲波信號則記錄三對超聲波探頭依次分別從下面超聲波探頭發射到上面相對應的超聲波探頭的超聲波飛行時間Tl’，Τ2’，Τ3’ ； 步驟7:判斷單片機是否允許傳輸數據中斷，如不允許傳輸數據中斷則延時等待； 步驟8:如單片機允許傳輸數據中斷，則FPGA向單片機發出中斷請求，FPGA啟動數據傳輸時鐘，同時將超聲波飛行時間Tl，Τ2，Τ3，Tl’，Τ2’，Τ3’發送到單片機； 步驟9:等到數據傳輸結束，則斷開與單片機的連接。
【文檔編號】G01P5/24GK103884863SQ201410059237
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年2月21日 優先權日:2014年2月21日
【發明者】汪寧渤, 路亮, 馬彥宏, 趙龍, 周強, 馬明, 張健美, 王明松 申請人:國家電網公司, 國網甘肅省電力公司, 甘肅省電力公司風電技術中心
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
