一种基于FPGA的双馈风机的建模方法及其系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于FPGA的双馈风机的建模方法及其系统，包括：从中央处理器接收双馈风机的转速，通过对转速进行积分以得到θ值；通过θ值计算出正弦值和余弦值；利用正弦值和余弦值将从中央处理器接收双馈风机的ABC电压转换成DQ电压；利用DQ电压计算出DQ电流；利用正弦值和余弦值将DQ电流转换成ABC电流；将ABC电流回传给中央处理器。本发明专利技术提供的技术方案通过FPGA的小步长解算，双馈异步电机模型的计算将会更精确，而且基于FPGA的双馈电机模型的解算，不受CPU运算步长影响。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的双馈风机的建模方法及其系统
本专利技术涉及通信领域，尤其涉及一种基于FPGA的双馈风机的建模方法及其系统。
技术介绍
现代社会中，能源是人类生产和生活的基础，能源的开发和利用也是世界各国重点研究的方向。有限的石化能能源经过不断开发已日渐枯竭，为此人类开始探索新能源的开发和利用。新能源具有可持续开发、相对污染小等特点，因此针对新能源的开发和利用研究成为能源短缺问题的解决方法。在目前已有的可再生能源中，风能是最具代表性的一种有效的可再生能源之一，风能具有可再生、清洁、无污染的优点，而且风能转换装置通常只需要较小的前期投资与较低的占地面积，因而在满足人类能源消耗问题上具有广泛前景。风能的利用主要有两种，一是将风能作为主要动能输入，二是将风能转换成电能再进一步利用。目前最常用的方法是通过风力发电机将风能转化为机械能，并进一步通过电磁感应原理将机械能转换为电能。在风能转换系统中，风机结构的设计、风能的提取、风机控制以及风能并网运行成为最重要的研究课题。典型的风机结构由转子、机舱、齿轮箱、发电机以及电力电子变压器构成。其中，发电机的研究在近些年受到越来越广泛的关注。双馈异步电机能在变速恒频方式下运行，具有风能转换效率高、并网简单和换流器的成本相对较低等优点，是目前风电市场应用的主要机型之一。但是目前的双馈异步电机在进行电机解算中普遍存在精确度不够、解算速度慢等问题，而且极易受CPU运算步长的影响。因此，在电机解算中，如何摆脱CPU运算步长的影响，并且如何提高精确度和运算速度一直就是业界亟需改进的目标。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于FPGA的双馈风机的建模方法及其系统，基于FPGA的双馈电机模型的解算，能不受CPU运算步长影响，而且通过FPGA的小步长解算，能实现更快速度、更高精度的解算。本专利技术提出一种基于FPGA的双馈风机的建模方法，应用于双馈风机，其中，所述双馈风机的FPGA模块与中央处理器进行数据通信，所述数据包括转速和ABC电压，所述建模方法包括：从所述中央处理器接收所述双馈风机的所述转速，通过对所述转速进行积分以得到θ值；通过所述θ值计算出正弦值和余弦值；利用所述正弦值和所述余弦值将从所述中央处理器接收所述双馈风机的所述ABC电压转换成DQ电压；利用所述DQ电压计算出DQ电流；利用所述正弦值和所述余弦值将所述DQ电流转换成ABC电流；将所述ABC电流回传给所述中央处理器。优选的，所述通过对所述转速进行积分以得到θ值的步骤包括：利用求解方程计算出θ值，并将θ值的数据格式修改成UFIX24_24格式，其中，w为所述双馈风机的所述转速。优选的，所述通过所述θ值计算出正弦值和余弦值的步骤包括：截取所述θ值的高13位并利用基本处理方法计算出正弦值a；截取所述θ值的高14位并利用所述基本处理方法计算出正弦值b；截取所述θ值的低11位并利用所述基本处理方法计算出正弦值c；并将所述θ值的数据格式修改成UFIX11_11格式，并利用公式计算出正弦值y，以此类推计算出余弦值；其中，所述基本处理方法包括：将平均分成2048份，求出每一份的正弦值，将求出的正弦值保存在RAM中，从地址0依次读到地址2048以得到0到之间的正弦值，从地址2048依次读到0以得到到π之间的正弦值，将前两次得到的结果取反以得到π到和到2π之间的正弦值，依次类推以求出余弦值。优选的，所述利用所述正弦值和所述余弦值将从所述中央处理器接收所述双馈风机的所述ABC电压转换成DQ电压的步骤包括：利用公式和公式将所述ABC电压转换成DQ电压。优选的，所述利用所述正弦值和所述余弦值将所述DQ电流转换成ABC电流的步骤包括：利用公式和公式将所述DQ电流转换成ABC电流。另一方面，本专利技术还提供一种基于FPGA的双馈风机的建模系统，其中，所述系统包括双馈风机的FPGA模块和中央处理器，其中，所述双馈风机的FPGA模块与所述中央处理器进行数据通信，所述数据包括转速和ABC电压，所述双馈风机的FPGA模块包括：第一计算模块，用于从所述中央处理器接收所述双馈风机的所述转速，通过对所述转速进行积分以得到θ值；第二计算模块，用于通过所述θ值计算出正弦值和余弦值；第三计算模块，用于利用所述正弦值和所述余弦值将从所述中央处理器接收所述双馈风机的所述ABC电压转换成DQ电压；第四计算模块，用于利用所述DQ电压计算出DQ电流；第五计算模块，用于利用所述正弦值和所述余弦值将所述DQ电流转换成ABC电流；回传模块，用于将所述ABC电流回传给所述中央处理器。优选的，所述第一计算模块具体用于；利用求解方程计算出θ值，并将θ值的数据格式修改成UFIX24_24格式，其中，w为所述双馈风机的所述转速。优选的，所述第二计算模块具体用于：截取所述θ值的高13位并利用基本处理方法计算出正弦值a；截取所述θ值的高14位并利用所述基本处理方法计算出正弦值b；截取所述θ值的低11位并利用所述基本处理方法计算出正弦值c；并将所述θ值的数据格式修改成UFIX11_11格式，并利用公式计算出正弦值y，以此类推计算出余弦值；其中，所述基本处理方法包括：将平均分成2048份，求出每一份的正弦值，将求出的正弦值保存在RAM中，从地址0依次读到地址2048以得到0到之间的正弦值，从地址2048依次读到0以得到到π之间的正弦值，将前两次得到的结果取反以得到π到和到2π之间的正弦值，依次类推以求出余弦值。优选的，所述第三计算模块具体用于：利用公式和公式将所述ABC电压转换成DQ电压。优选的，所述第五计算模块具体用于：利用公式和公式将所述DQ电流转换成ABC电流。本专利技术提供的技术方案具有以下优点：基于FPGA的双馈电机模型的解算，能不受CPU运算步长影响，而且通过FPGA的小步长解算，能实现更快速度、更高精度的解算。附图说明图1为本专利技术一实施方式中基于FPGA的双馈风机的建模方法的流程示意图；图2为本专利技术一实施方式中双馈风机的FPGA模块的解算整体流程示意图；图3为本专利技术一实施方式中求解θ值的详细流程示意图；图4为本专利技术一实施方式中对正、余弦进行求解的详细流程示意图；图5为本专利技术一实施方式中将ABC电压转换成DQ电压的详细流程示意图；图6为本专利技术一实施方式中将DQ电流转换成ABC电流的详细流程示意图；图7为本专利技术一实施方式中电机解算的详细流程示意图；图8为本专利技术一实施方式中基于FPGA的双馈风机的建模系统结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。...

【技术保护点】
1.一种基于FPGA的双馈风机的建模方法，应用于双馈风机，其特征在于，所述双馈风机的FPGA模块与中央处理器进行数据通信，所述数据包括转速和ABC电压，所述建模方法包括：/n从所述中央处理器接收所述双馈风机的所述转速，通过对所述转速进行积分以得到θ值；/n通过所述θ值计算出正弦值和余弦值；/n利用所述正弦值和所述余弦值将从所述中央处理器接收所述双馈风机的所述ABC电压转换成DQ电压；/n利用所述DQ电压计算出DQ电流；/n利用所述正弦值和所述余弦值将所述DQ电流转换成ABC电流；/n将所述ABC电流回传给所述中央处理器。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的双馈风机的建模方法，应用于双馈风机，其特征在于，所述双馈风机的FPGA模块与中央处理器进行数据通信，所述数据包括转速和ABC电压，所述建模方法包括：
从所述中央处理器接收所述双馈风机的所述转速，通过对所述转速进行积分以得到θ值；
通过所述θ值计算出正弦值和余弦值；
利用所述正弦值和所述余弦值将从所述中央处理器接收所述双馈风机的所述ABC电压转换成DQ电压；
利用所述DQ电压计算出DQ电流；
利用所述正弦值和所述余弦值将所述DQ电流转换成ABC电流；
将所述ABC电流回传给所述中央处理器。


2.如权利要求1所述的基于FPGA的双馈风机的建模方法，其特征在于，所述通过对所述转速进行积分以得到θ值的步骤包括：利用求解方程计算出θ值，并将θ值的数据格式修改成UFIX24_24格式，其中，w为所述双馈风机的所述转速。


3.如权利要求2所述的基于FPGA的双馈风机的建模方法，其特征在于，所述通过所述θ值计算出正弦值和余弦值的步骤包括：
截取所述θ值的高13位并利用基本处理方法计算出正弦值a；
截取所述θ值的高14位并利用所述基本处理方法计算出正弦值b；
截取所述θ值的低11位并利用所述基本处理方法计算出正弦值c；
并将所述θ值的数据格式修改成UFIX11_11格式，并利用公式计算出正弦值y，以此类推计算出余弦值；
其中，所述基本处理方法包括：将平均分成2048份，求出每一份的正弦值，将求出的正弦值保存在RAM中，从地址0依次读到地址2048以得到0到之间的正弦值，从地址2048依次读到0以得到到π之间的正弦值，将前两次得到的结果取反以得到π到和到2π之间的正弦值，依次类推以求出余弦值。


4.如权利要求3所述的基于FPGA的双馈风机的建模方法，其特征在于，所述利用所述正弦值和所述余弦值将从所述中央处理器接收所述双馈风机的所述ABC电压转换成DQ电压的步骤包括：
利用公式和公式将所述ABC电压转换成DQ电压。


5.如权利要求4所述的基于FPGA的双馈风机的建模方法，其特征在于，所述利用所述正弦值和所述余弦值将所述DQ电流转换成ABC电流的步骤包括：
利用公式和公式将所述DQ电流转换成ABC电流。

【专利技术属性】
技术研发人员：杨龙龙，魏明洋，宋石阳，
申请(专利权)人：上海科梁信息工程股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31