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基于fpga的用于風(fēng)電場超聲波風(fēng)速監(jiān)測裝置和監(jiān)測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于FPGA的用于風(fēng)電場超聲波風(fēng)速監(jiān)測裝置和監(jiān)測方法，基于FPGA的用于風(fēng)電場超聲波風(fēng)速監(jiān)測裝置，包括FPGA芯片、單片機(jī)和三對超聲波換能器；FPGA芯片，實(shí)現(xiàn)超聲波發(fā)射信號的時(shí)序發(fā)射，以及從驅(qū)動(dòng)脈沖的發(fā)送到正確接收到超聲波信號所用的傳播時(shí)間的計(jì)算；三對超聲波換能器，依次從上向下發(fā)射超聲波信號，發(fā)射的同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器計(jì)數(shù)；每對超聲波換能器分別進(jìn)行一次發(fā)射和接收，三對都完成，則完成一個(gè)循環(huán)過程；單片機(jī)，接收FPGA芯片傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。從而達(dá)到更精確的對風(fēng)電功率進(jìn)行預(yù)測和校正，提高預(yù)測精度，促進(jìn)新能源發(fā)電的發(fā)展的目的。
【專利說明】基于FPGA的用于風(fēng)電場超聲波風(fēng)速監(jiān)測裝置和監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及新能源發(fā)電過程中風(fēng)資源監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地，涉及一種基于FPGA的用于風(fēng)電場超聲波風(fēng)速監(jiān)測裝置和監(jiān)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，我國風(fēng)電進(jìn)入規(guī)?；l(fā)展階段以后所產(chǎn)生的大型新能源基地多數(shù)位于“三北地區(qū)”(西北、東北、華北)，大型新能源基地一般遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，其電力需要經(jīng)過長距離、高電壓輸送到負(fù)荷中心進(jìn)行消納。由于風(fēng)資源的間歇性、隨機(jī)性和波動(dòng)性，導(dǎo)致大規(guī)模新能源基地的風(fēng)電發(fā)電出力會(huì)隨之發(fā)生較大范圍的波動(dòng)，進(jìn)一步導(dǎo)致輸電網(wǎng)絡(luò)充電功率的波動(dòng)，給電網(wǎng)運(yùn)行安全帶來一系列問題。
[0003]截至2013年11月，甘肅電網(wǎng)并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)容量已達(dá)668萬千瓦，約占甘肅電網(wǎng)總裝機(jī)容量的21%，成為僅次于火電的第二大主力電源。隨著風(fēng)電并網(wǎng)規(guī)模的不斷提高，風(fēng)電不確定性和不可控性給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來諸多問題。而現(xiàn)有技術(shù)還有能夠?qū)︼L(fēng)力發(fā)電過程中的風(fēng)資源進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，針對上述問題，提出一種基于FPGA的用于風(fēng)電場超聲波風(fēng)速監(jiān)測裝置和監(jiān)測方法，以實(shí)現(xiàn)精確的對風(fēng)電功率進(jìn)行預(yù)測和校正，提高預(yù)測精度，促進(jìn)新能源發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種基于FPGA的用于風(fēng)電場超聲波風(fēng)速監(jiān)測裝置，
包括FPGA芯片、單片機(jī)和三對超聲波換能器；
所述FPGA芯片，實(shí)現(xiàn)超聲波發(fā)射信號的時(shí)序發(fā)射，以及從驅(qū)動(dòng)脈沖的發(fā)送到正確接收到超聲波信號所用的傳播時(shí)間的計(jì)算；
所述三對超聲波換能器，依次從上向下發(fā)射超聲波信號，發(fā)射的同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器計(jì)數(shù)；每對超聲波換能器分別進(jìn)行一次發(fā)射和接收，三對都完成，則完成一個(gè)循環(huán)過程；
所述單片機(jī)，接收FPGA芯片傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)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(shí)本發(fā)明的技術(shù)方案還提供了一種基于FPGA的用于風(fēng)電場超聲波風(fēng)速監(jiān)測裝置的監(jiān)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(shè)置；包括以下步驟:
步驟1:三對超聲波探頭的上邊三個(gè)超聲波換能器依時(shí)間分別向下邊三個(gè)探頭發(fā)送驅(qū)動(dòng)脈沖，并同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)TI，T2，T3，并同時(shí)啟動(dòng)下面三個(gè)超聲波探頭的時(shí)間判別接收觸發(fā)電路；
步驟2:判斷下面三個(gè)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(fā)射到下面相對應(yīng)的超聲波探頭的超聲波飛行時(shí)間Tl，T2，T3 ；
步驟4:然后三對超聲波探頭的下邊三個(gè)超聲波換能器依時(shí)間分別向上邊三個(gè)探頭發(fā)送驅(qū)動(dòng)脈沖，并同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)Tl’，T2’，T3’，同時(shí)啟動(dòng)上面三個(gè)超聲波探頭的時(shí)間判別接收觸發(fā)電路；
步驟5:判斷上面三個(gè)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(fā)射到上面相對應(yīng)的超聲波探頭的超聲波飛行時(shí)間Tl’，Τ2’，Τ3’ ；
步驟7:判斷單片機(jī)是否允許傳輸數(shù)據(jù)中斷，如不允許傳輸數(shù)據(jù)中斷則延時(shí)等待；
步驟8:如單片機(jī)允許傳輸數(shù)據(jù)中斷，則FPGA向單片機(jī)發(fā)出中斷請求，F(xiàn)PGA啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)鐘，同時(shí)將超聲波飛行時(shí)間Tl，Τ2，Τ3，Tl’，Τ2’，Τ3’發(fā)送到單片機(jī)；
步驟9:等到數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束，則斷開與單片機(jī)的連接。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下有益效果:
本發(fā)明的技術(shù)方案，通過對風(fēng)力發(fā)電過程中的風(fēng)資源進(jìn)行監(jiān)測，更好的預(yù)測未來一段時(shí)間內(nèi)風(fēng)能的變化情況，從而更精確的對風(fēng)電功率進(jìn)行預(yù)測和校正，提高預(yù)測精度，促進(jìn)新能源發(fā)電的發(fā)展。
[0009]下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明實(shí)施例所述的基于FPGA的用于風(fēng)電場超聲波風(fēng)速監(jiān)測方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0012]一種基于FPGA的用于風(fēng)電場超聲波風(fēng)速監(jiān)測裝置，
包括FPGA芯片、單片機(jī)和三對超聲波換能器；
所述FPGA芯片，實(shí)現(xiàn)超聲波發(fā)射信號的時(shí)序發(fā)射，以及從驅(qū)動(dòng)脈沖的發(fā)送到正確接收到超聲波信號所用的傳播時(shí)間的計(jì)算；
所述三對超聲波換能器，依次從上向下發(fā)射超聲波信號，發(fā)射的同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器計(jì)數(shù)；每對超聲波換能器分別進(jìn)行一次發(fā)射和接收，三對都完成，則完成一個(gè)循環(huán)過程；
所述單片機(jī)，接收FPGA芯片傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
[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(shí)本發(fā)明的技術(shù)方案還提供了一種基于FPGA的用于風(fēng)電場超聲波風(fēng)速監(jiān)測裝置的監(jiān)測方法，三對超聲波換能器中每對超聲波換能器均上下設(shè)置；包括以下步驟:
步驟1:三對超聲波探頭的上邊三個(gè)超聲波換能器依時(shí)間分別向下邊三個(gè)探頭發(fā)送驅(qū)動(dòng)脈沖，并同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)TI，T2，T3，并同時(shí)啟動(dòng)下面三個(gè)超聲波探頭的時(shí)間判別接收觸發(fā)電路；
步驟2:判斷下面三個(gè)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(fā)射到下面相對應(yīng)的超聲波探頭的超聲波飛行時(shí)間Tl，T2，T3 ；
步驟4:然后三對超聲波探頭的下邊三個(gè)超聲波換能器依時(shí)間分別向上邊三個(gè)探頭發(fā)送驅(qū)動(dòng)脈沖，并同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)Tl’，T2’，T3’，同時(shí)啟動(dòng)上面三個(gè)超聲波探頭的時(shí)間判別接收觸發(fā)電路；
步驟5:判斷上面三個(gè)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(fā)射到上面相對應(yīng)的超聲波探頭的超聲波飛行時(shí)間Tl’，Τ2’，Τ3’ ；
步驟7:判斷單片機(jī)是否允許傳輸數(shù)據(jù)中斷，如不允許傳輸數(shù)據(jù)中斷則延時(shí)等待；
步驟8:如單片機(jī)允許傳輸數(shù)據(jù)中斷，則FPGA向單片機(jī)發(fā)出中斷請求，F(xiàn)PGA啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)鐘，同時(shí)將超聲波飛行時(shí)間Tl，Τ2，Τ3，Tl’，Τ2’，Τ3’發(fā)送到單片機(jī)；
步驟9:等到數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束，則斷開與單片機(jī)的連接。
[0015]最后應(yīng)說明的是:以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于FPGA的用于風(fēng)電場超聲波風(fēng)速監(jiān)測裝置，其特征在于， 包括FPGA芯片、單片機(jī)和三對超聲波換能器； 所述FPGA芯片，實(shí)現(xiàn)超聲波發(fā)射信號的時(shí)序發(fā)射，以及從驅(qū)動(dòng)脈沖的發(fā)送到正確接收到超聲波信號所用的傳播時(shí)間的計(jì)算； 所述三對超聲波換能器，依次從上向下發(fā)射超聲波信號，發(fā)射的同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器計(jì)數(shù)；每對超聲波換能器分別進(jìn)行一次發(fā)射和接收，三對都完成，則完成一個(gè)循環(huán)過程； 所述單片機(jī)，接收FPGA芯片傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA的用于風(fēng)電場超聲波風(fēng)速監(jiān)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(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述的基于FPGA的用于風(fēng)電場超聲波風(fēng)速監(jiān)測裝置的監(jiān)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(shè)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(gè)超聲波換能器依時(shí)間分別向下邊三個(gè)探頭發(fā)送驅(qū)動(dòng)脈沖，并同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)Tl，T2，T3，并同時(shí)啟動(dòng)下面三個(gè)超聲波探頭的時(shí)間判別接收觸發(fā)電路； 步驟2:判斷下面三個(gè)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(fā)射到下面相對應(yīng)的超聲波探頭的超聲波飛行時(shí)間Tl，Τ2，Τ3 ； 步驟4:然后三對超聲波探頭的下邊三個(gè)超聲波換能器依時(shí)間分別向上邊三個(gè)探頭發(fā)送驅(qū)動(dòng)脈沖，并同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)Tl’，Τ2’，Τ3’，同時(shí)啟動(dòng)上面三個(gè)超聲波探頭的時(shí)間判別接收觸發(fā)電路； 步驟5:判斷上面三個(gè)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(fā)射到上面相對應(yīng)的超聲波探頭的超聲波飛行時(shí)間Tl’，Τ2’，Τ3’ ； 步驟7:判斷單片機(jī)是否允許傳輸數(shù)據(jù)中斷，如不允許傳輸數(shù)據(jù)中斷則延時(shí)等待； 步驟8:如單片機(jī)允許傳輸數(shù)據(jù)中斷，則FPGA向單片機(jī)發(fā)出中斷請求，F(xiàn)PGA啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)鐘，同時(shí)將超聲波飛行時(shí)間Tl，Τ2，Τ3，Tl’，Τ2’，Τ3’發(fā)送到單片機(jī)； 步驟9:等到數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束，則斷開與單片機(jī)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(yōu)先權(quán)日:2014年2月21日
【發(fā)明者】汪寧渤, 路亮, 馬彥宏, 趙龍, 周強(qiáng), 馬明, 張健美, 王明松 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)甘肅省電力公司, 甘肅省電力公司風(fēng)電技術(shù)中心