本實(shí)用新型涉及風(fēng)電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組半物理仿真系統(tǒng)的接口電路。

背景技術(shù)：

目前，作為可再生清潔能源的風(fēng)力發(fā)電得到了廣泛應(yīng)用。風(fēng)力發(fā)電的核心設(shè)備是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。它主要由風(fēng)力機(jī)、變速器、發(fā)電機(jī)、變流器、控制器等設(shè)備組成，涉及空氣動(dòng)力、機(jī)械、電機(jī)、控制等多個(gè)領(lǐng)域的理論知識(shí)，且運(yùn)行過(guò)程復(fù)雜。因此，通過(guò)仿真來(lái)模擬風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行控制過(guò)程及故障是十分重要的。

目前，風(fēng)電機(jī)組的仿真主要包括計(jì)算機(jī)軟件仿真，計(jì)算機(jī)與實(shí)驗(yàn)設(shè)備結(jié)合的半物理仿真，目的是通過(guò)仿真來(lái)進(jìn)行人員培訓(xùn)或技術(shù)性研究。

其中，半物理仿真有多種方式，常用的方式是機(jī)組采用實(shí)際發(fā)電設(shè)備，控制系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)組發(fā)電過(guò)程的模擬。為了減少仿真成本，該方式一般采用容量較小的發(fā)電設(shè)備來(lái)代替實(shí)際發(fā)電機(jī)組。例如風(fēng)電機(jī)組的控制系統(tǒng)采用實(shí)際風(fēng)電機(jī)組的控制設(shè)備，而風(fēng)力機(jī)、變速器、發(fā)電機(jī)、變流器等組成的機(jī)組設(shè)備采用計(jì)算機(jī)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬仿真。

實(shí)際風(fēng)電機(jī)組的控制設(shè)備主要包括機(jī)艙控制柜和塔底控制柜?？刂乒裰g采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)通信聯(lián)系，機(jī)組的其他發(fā)電設(shè)備通過(guò)控制柜端子進(jìn)行信息采集與控制。控制柜的端子有多種形式，且各個(gè)端子信號(hào)之間差別很大，無(wú)法將控制柜端子與計(jì)算機(jī)接口直接連接，且沒(méi)有現(xiàn)成的產(chǎn)品可以使用，必須根據(jù)仿真系統(tǒng)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，因此，為仿真系統(tǒng)的控制柜端子與仿真計(jì)算機(jī)接口之間開(kāi)發(fā)滿(mǎn)足仿真系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求的接口電路是十分必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實(shí)用新型的主要目的在于，提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組半物理仿真系統(tǒng)的接口電路，該接口電路連接于控制柜與風(fēng)電機(jī)組計(jì)算機(jī)模擬仿真系統(tǒng)之間，

所述接口電路包括：開(kāi)關(guān)量接口電路，用于所述控制柜與風(fēng)電機(jī)組計(jì)算機(jī)模擬仿真系統(tǒng)之間的開(kāi)關(guān)量信號(hào)傳輸；

模擬量接口電路，用于將由所述風(fēng)電機(jī)組計(jì)算機(jī)模擬仿真系統(tǒng)輸出的0～5V電壓信號(hào)線(xiàn)性轉(zhuǎn)換為控制柜輸入的0～10V電壓信號(hào)；

電阻量接口電路，用于依據(jù)所述風(fēng)電機(jī)組計(jì)算機(jī)模擬仿真系統(tǒng)輸出的控制指令，以不同阻值的形式模擬不同溫度，將模擬值傳輸至控制柜。

由上，克服現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法將控制柜與計(jì)算機(jī)接口直接連接的缺陷，為二者提供通信橋梁，以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量、模擬量以及溫度的而傳輸。

可選的，所述開(kāi)關(guān)量接口電路包括依次串聯(lián)連接的第一電阻R1、光電耦合器和第二電阻R2，所述控制柜的輸出端連接所述第一電阻R1，風(fēng)電機(jī)組計(jì)算機(jī)模擬仿真系統(tǒng)的輸入端連接所述第二電阻R2。

可選的，所述開(kāi)關(guān)量接口電路還包括串聯(lián)連接的非門(mén)、三極管、繼電器和第三電阻R3，非門(mén)輸出端連接三極管基極，三極管發(fā)射極接地，集電極連接繼電器；

所述風(fēng)電機(jī)組計(jì)算機(jī)模擬仿真系統(tǒng)的輸出端連接所述非門(mén)，所述控制柜的輸入端連接所述第三電阻R3。

可選的，所述模擬量接口電路包括運(yùn)算放大器，風(fēng)電機(jī)組計(jì)算機(jī)模擬仿真系統(tǒng)通過(guò)第四電阻R4與所述運(yùn)算放大器的正向輸入端連接，所述運(yùn)算放大器的反向輸入端連接在第五電阻R5和第六電阻R6之間，所述第五電阻R5另一端連接所述運(yùn)算放大器輸出端并連接至控制柜，所述第六電阻R6另一端接地。

可選的，所述電阻量接口電路包括依次串聯(lián)連接的非門(mén)、三極管、繼電器和等效電阻R，非門(mén)輸出端連接三極管基極，三極管發(fā)射極接地，集電極連接繼電器；

所述風(fēng)電機(jī)組計(jì)算機(jī)模擬仿真系統(tǒng)的輸出端連接所述非門(mén)。

可選的，所述電阻量接口電路包括依次串聯(lián)連接的多個(gè)電阻量子電路組成；

所述電阻量子電路包括依次串聯(lián)連接的非門(mén)、三極管、繼電器和等效電阻R，非門(mén)輸出端連接三極管基極，三極管發(fā)射極接地，集電極連接繼電器；

所述風(fēng)電機(jī)組計(jì)算機(jī)模擬仿真系統(tǒng)的輸出端連接所述非門(mén)。

由上，通過(guò)控制信號(hào)的開(kāi)閉，以控制不同電阻的通斷，多組電阻量子電路將溫度信息通過(guò)電阻形式傳送到控制柜的溫度接口，以實(shí)現(xiàn)將溫度信息通過(guò)接口電路轉(zhuǎn)換成電阻值，實(shí)現(xiàn)了用信號(hào)來(lái)模擬PT100熱電阻的測(cè)溫過(guò)程。

可選的，所述等效電阻的阻值包括1Ω、2Ω、5Ω、10Ω、20Ω和/或50Ω。

由上，實(shí)現(xiàn)電阻值可以在0～99Ω之間有100個(gè)電阻值的選擇。

附圖說(shuō)明

圖1為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組半物理仿真系統(tǒng)的原理示意圖；

圖2為開(kāi)關(guān)量接口電路第一實(shí)施例電路圖；

圖3為開(kāi)關(guān)量接口電路第二實(shí)施例電路圖；

圖4為模擬量接口電路的電路原理圖；

圖5為電阻量接口電路的子電路的電路原理圖；

圖6為8個(gè)圖5所示子電路所串聯(lián)組合的等效原理圖。

具體實(shí)施方式

為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本實(shí)用新型提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組半物理仿真系統(tǒng)的接口電路，連接于仿真系統(tǒng)的控制柜與風(fēng)電機(jī)組計(jì)算機(jī)模擬仿真系統(tǒng)之間，實(shí)現(xiàn)二者的正常通信。

如圖1所示，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組半物理仿真系統(tǒng)包括，作為風(fēng)電機(jī)組的實(shí)際控制設(shè)備的機(jī)艙控制柜11和塔底控制柜12。

上述兩控制柜的接線(xiàn)端子的數(shù)字量電壓等級(jí)是24V，模擬信號(hào)接線(xiàn)端子電壓范圍是0～10V。

進(jìn)行仿真模擬的風(fēng)電機(jī)組計(jì)算機(jī)模擬仿真系統(tǒng)31，數(shù)字量電壓等級(jí)是5V，模擬信號(hào)接口電壓范圍是0～5V。

連接在兩控制柜與風(fēng)電機(jī)組計(jì)算機(jī)模擬仿真系統(tǒng)31之間，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)二者通信的接口電路20。所述接口電路20包括開(kāi)關(guān)量接口電路21、模擬量接口電路22和電阻量接口電路23。

如圖2所示為開(kāi)關(guān)量接口電路21的第一實(shí)施例電路圖，包括依次串聯(lián)連接的第一電阻R1、光電耦合器和第二電阻R2組成，其中R1作為光電耦合器二極管的限流電阻，R2作為風(fēng)電機(jī)組計(jì)算機(jī)模擬仿真系統(tǒng)31接口信號(hào)的上拉電阻。機(jī)艙控制柜11和塔底控制柜12作為控制端，通過(guò)第一電阻R1連接至光電耦合器的輸入端，風(fēng)電機(jī)組計(jì)算機(jī)模擬仿真系統(tǒng)31作為被控制端，光電耦合器的輸出端通過(guò)第二電阻R2連接風(fēng)電機(jī)組計(jì)算機(jī)模擬仿真系統(tǒng)31的輸入端。當(dāng)機(jī)艙控制柜11或塔底控制柜12輸出高電平時(shí)，光電耦合器的二極管兩端電壓相等，光電耦合器的三極管截止，風(fēng)電機(jī)組計(jì)算機(jī)模擬仿真系統(tǒng)31接收到高電平，從而被控制開(kāi)啟。當(dāng)機(jī)艙控制柜11或塔底控制柜12輸出低電平時(shí)，光電耦合器的二極管導(dǎo)通，光電耦合器的三極管導(dǎo)通，風(fēng)電機(jī)組計(jì)算機(jī)模擬仿真系統(tǒng)31接收到低電平，從而被控制關(guān)閉。

如圖3所示為開(kāi)關(guān)量接口電路21的第二實(shí)施例電路圖，包括串聯(lián)連接的非門(mén)、三極管、繼電器和第三電阻R3組成，非門(mén)輸出端連接三極管基極，三極管發(fā)射極接地，集電極連接繼電器。R3作為機(jī)艙控制柜11和塔底控制柜12的下拉電阻。風(fēng)電機(jī)組計(jì)算機(jī)模擬仿真系統(tǒng)31輸出端通過(guò)非門(mén)和三極管連接至繼電器輸入端，繼電器輸出端通過(guò)第三電阻R3連接至機(jī)艙控制柜11和塔底控制柜12的輸入端。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組計(jì)算機(jī)模擬仿真系統(tǒng)31輸出低電平時(shí)，非門(mén)輸出高電平，三極管導(dǎo)通，繼電器帶電，其常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，機(jī)艙控制柜11或塔底控制柜12接收到低電平，從而被控制關(guān)閉；當(dāng)風(fēng)電機(jī)組計(jì)算機(jī)模擬仿真系統(tǒng)31輸出高電平時(shí)，非門(mén)輸出低電平，三極管截止，繼電器失電，其常閉觸點(diǎn)閉合，機(jī)艙控制柜11或塔底控制柜12接收到高電平，從而被控制開(kāi)啟。

圖4所示為模擬量接口電路22的電路原理圖，包括運(yùn)算放大器，風(fēng)電機(jī)組計(jì)算機(jī)模擬仿真系統(tǒng)31通過(guò)第四電阻R4與運(yùn)算放大器的正向輸入端連接，運(yùn)算放大器的反向輸入端連接在第五電阻R5和第六電阻R6之間，第五電阻R5另一端連接運(yùn)算放大器輸出端并連接至機(jī)艙控制柜11和塔底控制柜12，第六電阻R6另一端接地，運(yùn)算放大器采用24V單電源供電，機(jī)艙控制柜11和塔底控制柜12一端的電壓信號(hào)等于風(fēng)電機(jī)組計(jì)算機(jī)模擬仿真系統(tǒng)31一端信號(hào)的兩倍。模擬量接口電路22用于實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組計(jì)算機(jī)模擬仿真系統(tǒng)31輸出的0～5V電壓信號(hào)到機(jī)艙控制柜11和塔底控制柜12輸入的0～10V電壓信號(hào)的線(xiàn)性轉(zhuǎn)換。

如圖5、圖6是電阻量接口電路23的電路原理圖。圖5所示為子電路的電路原理圖，圖6所示為8個(gè)圖5所示的子電路串聯(lián)組合成的等效圖。在實(shí)際風(fēng)電機(jī)組中，機(jī)艙控制柜11和塔底控制柜12的溫度接口來(lái)自PT100溫度傳感器，因此，風(fēng)電機(jī)組計(jì)算機(jī)模擬仿真系統(tǒng)31需要將溫度信息通過(guò)電阻形式傳送到控制柜的溫度接口，溫度信號(hào)接口電路是用來(lái)模擬測(cè)量溫度的PT100熱電阻。

如圖5所示，子電路包括依次串聯(lián)連接的非門(mén)、三極管、繼電器和等效電阻R組成。非門(mén)的輸出端連接三極管基極，三極管發(fā)射極接地，集電極連接繼電器?？刂菩盘?hào)c可以控制等效電阻R的變化，原理是：信號(hào)c為高電平時(shí)，非門(mén)輸出低電平，此時(shí)三極管截止，繼電器失電，繼電器常閉節(jié)點(diǎn)閉合，繼電器常開(kāi)節(jié)點(diǎn)斷開(kāi)，等效電阻R的電阻值等于R；信號(hào)c為低電平時(shí)，非門(mén)輸出高電平，此時(shí)三極管導(dǎo)通，繼電器得電，繼電器常閉節(jié)點(diǎn)斷開(kāi)，繼電器常開(kāi)節(jié)點(diǎn)閉合，等效電阻R短路，電阻值等于0。圖5右側(cè)為原理等效圖，c＝1代表信號(hào)是高電平，c＝0代表信號(hào)是低電平，c是控制信號(hào)，a、b是輸出電阻。圖5是構(gòu)成溫度接口電路的子電路。

圖6是模擬PT100熱電阻的應(yīng)用電路，本實(shí)施例中，該應(yīng)用電路由8個(gè)圖5所示的子電路組成。圖6給出了8個(gè)子電路的串聯(lián)簡(jiǎn)介方法，其中A、D之間由4個(gè)子電路串聯(lián)組成，子電路中的4個(gè)電阻分別等于10Ω、20Ω、20Ω、50Ω，D、B之間由4個(gè)子電路串聯(lián)組成，子電路中的4個(gè)電阻分別等于1Ω、2Ω、2Ω、5Ω。

C.0、C.1、…、C.7是風(fēng)電機(jī)組計(jì)算機(jī)模擬仿真系統(tǒng)31輸出的控制信號(hào)，控制信號(hào)的作用與圖5所示的子電路中控制信號(hào)c相同。通過(guò)計(jì)算機(jī)輸出不同的控制信號(hào)，可以在A、B之間得到不同的電阻值，A、B之間電阻等于A、D之間電阻與D、B之間電阻串聯(lián)之和。A、D之間電阻與D、B之間電阻與控制信號(hào)C.0、C.1、…、C.7之間的邏輯關(guān)系編碼由表1及表2所示，因此，通過(guò)信號(hào)C.0、C.1、…、C.7的控制，使A、B之間電阻值可以在0～99Ω之間有100個(gè)電阻值的選擇，即實(shí)現(xiàn)了信號(hào)與電阻之間的轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)了將溫度信息通過(guò)接口電路轉(zhuǎn)換成電阻值，實(shí)現(xiàn)了用信號(hào)來(lái)模擬PT100熱電阻的測(cè)溫過(guò)程。

表1

表2

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型?？傊苍诒緦?shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。