1 引言

风力发电机组的控制系统是综合性控制系统，控制系统不仅要监视机组运行参数，对机组进行并网与脱网控制，而且还要根据风速与风向的变化，对机组进行优化控制。CAN总线是一种支持分布式控制系统和实时性控制的串行通信网络。其以多主机方式工作，通信速率可达1mbps。

　　can总线的上述特点正适用于风力发电机控制系统的独特要求，因此，本文提出一种基于can总线架构的风力发电控制系统。控制系统中各模块之间通过can总线实时交换数据，实现主控系统及各控制节点间的实时通信与数据交换。文章在分析了can协议及can独立控制器sja1000工作原理和读写逻辑的基础上，设计了can接口，给出了硬件原理图，分析了can通讯程序流程及系统中信号和控制指令的通讯帧格式。另外，本文还给出了基于嵌入式qt的应用程序的设计方案。

　　2 系统结构与功能

　　本文基于分散控制系统理念，针对双馈型变速恒频风力发电机组设计控制系统。双馈型风电机组控制系统基本结构如图1所示。

　　图1 双馈型风电机组控制系统基本结构

　　主控制器选用32位嵌入式处理器at91rm9200，通过硬件设计扩展外围can接口，实现与其它节点的通信。同时外接带触摸屏的lcd显示器，监控界面利用嵌入式qt设计，对整个机组实时监控。主控制器通过以太网与风电场控制中心通信。变流器控制采用双pwm控制方式，即由两个dsp生成pwm信号，电机侧部分负责电机励磁控制，网侧负责并网控制；两模块均基于tms320f2812设计，通过其自带的ecan接口与主控制器及其它节点通信。变桨控制系统同样基于arm(at91rm9200)设计，扩展can接口实现通信。变桨控制器和变频控制器通过i/o通道采集接收各传感器数据，并进行相关计算与判断，输出控制信号，实现智能分散控制，同时向主控制器发送机组参数并接收主控命令。整体结构框图如图2。

　　图2 风力发电机组控制系统整体结构

　　主控制器位于地面控制柜，变桨控制器位于机舱控制柜，变频控制器分电机侧和网侧两部分，位于地面控制柜。模块与模块之间can总线信号经光电转换后使用光纤连接。

3 CAN接口硬件设计

　　can是一种基于广播的通讯机制，报文依靠报文标识符来进行识别。can协议支持两种帧格式，不同之处在于标识符域的长度不同，一种被称为can标准帧，支持11bit的标识符长度；另一种称为can扩展帧，支持29bit的标识符。#p#分页标题#e#

　　can接口芯片选用philips公司的can独立控制器sja1000。arm处理器at91rm9200内部集成了外部总线接口ebi，通过此接口与sja1000连接。从sja1000输出的can信号，通过光藕器件隔离后连接到收发器tja1050，收发器的输出与总线连接。

　　sja1000的地址线和数据线是分时复用的，而at91rm9200的外部数据总线接口ebi的地址线和数据线是相互独立的，因此，需要通过软件编程实现地址的锁存，以达到数据和地址的分时传输。硬件原理图如图3[3]。

　　图3 CAN接口硬件原理图

　　sja1000的数据/地址复用总线直接与arm的ebi数据总线低8位连接，地址锁存信号/ale由arm的a0产生，/cs与/we分别由ncs4和new与a0经或运算后产生。由硬件电路可确定sja1000的物理地址是0x50000000。

　　风电场环境恶劣，为了保证控制系统准确传输数据，增强can总线节点的抗干扰性能， sja1000控制器经过高速光藕6n137隔离后与收发器tja1050相连，实现总线上各can节点之间的电气隔离。采用dc-dc电源隔离模块dcr010505，实现光耦两端的电源隔离。canh接总线的高电平端，canl接总线的低电平端。由于风电机组垂直距离较高，容易受雷电的影响，在两根can总线输入端与地之间分别并联一30pf的电容和一防雷击管，以滤除高频干扰和防止浪涌电压。