杨大伟　董旭

[摘 要]风力发电机组的控制系统是综合性控制系统，风机各个控制系统之间的数据通讯关系到风机安全、稳定。在众多的通讯方式中，考虑到通讯的抗干扰能力、性价比、开发难易程度方面，can通讯具有较强的优势。本文介绍了can通讯在风力发电机组中的硬件配置、软件开发和变流器与主控通讯数据。

[关键词]风力发电机组 can硬件配置及软件开发 通讯数据

中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）01-0241-01

引言：目前，随着清洁能源的发展，风力发电在清洁能源中占有的比例逐步加大。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，对机组进行偏航、桨叶角度控制。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。

一、CAN通讯的物理连接

CANopen 是一个基于 CAN （控制局域网）串行总线系统和 CAL （CAN 应用层）的高层协议。 CANopen 假定相连设备的硬件带有一个符合 ISO 11898 标准的 CAN 收发器和一个 CAN 控制器。CANopen 通讯协议 CiA DS-301 包括周期和事件驱动型通讯，不仅能够将总线负载减少到最低限度，而且还能确保极短的反应时间。它可以在较低的波特率下实现较高的通讯性能，从而减少了电磁兼容性问题，并降低了电缆成本。

二、can通讯应用程序设计

（1）？can数据报文格式。风电机组控制系统中，各控制模块之间需要传输的信号很多，包括模拟量、数字量以及控制指令和控制参数等。模拟量包括风速风向，电压电流，功率，电网频率，各类转速和温度等，数字量包括机组的各类状态信息，如并网状态，电源状态等及各类故障信息。这些信号均根据can协议封装为报文，以数据包的形式发送。每个报文可由一个或一组信号组成。各个报文需要定义其帧格式，包括数据id，优先级，数据长度等。每个模拟量均定义为两个字节长度，数字量则占1位。为了提高传输效率，多个数字量组合为一个报文来发送。

系统中CAN 通过数据帧在主机 （控制器）和总线节点之间传输数据。 下图说明了数据帧的结构。

其中，命令码是来自不同模块的报文的代号，占ID的高12位，范围为0x000-0x0FFf，包含同一组信号的报文具有唯一的命令码。源地址和目标地址取决于控制器地址，主控制器为0x01，网侧变流控制器为0x02，电机侧变流控制器为0x03，变桨偏航控制器为0x04。id的低9位分别为后续帧标志和后续帧帧数，若后续帧标志为1，则表示该报文还有后续帧需要传输。

（2）？面应用程序主要功能有两个：一是从can？总线接收风电机组运行状态信息，并显示给用户，二是判断并处理机组状态信息，通过can接口向各子控制模块发送控制信息。由于本系统中can以多主方式工作，接收来自多个节点的数据，并向多个节点发送数据，因此，在应用程序中要封装不同的报文，还要分析收到数据的信息。

为了提高系统的响应，应用程序采用多线程机制，本系统中设计三个独立线程来处理不同的任务。主线程负责主界面实时数据显示，历史数据查询以及机组状态的逻辑判断和流程控制等。由于数据库的读写是对磁盘文件的直接操作，速度较慢，因此在一独立线程中实现历史数据的写操作，以防止对主线程控制程序的影响，而对于历史数据的查询，现场只在特定情况下用到，仍在主线程中实现。can总线数据的交互比较频繁，为了避免数据的丢失，在一独立线程中完成数据的接收。

三、变频器与主控CAN通讯数据

CANopen 的物理层 CANbus 每次传送的数据量不大，其中包括 11 位元的 ID、远端传输请求（RTR）位元及大小不超过8字节的资料。以下是变频器与主控之间CANOpen网络上的通讯数据：：

* 向变频器发送控制命令 （启动、停止、允许运行 ...）

* 向变频器提供电机速度给定或力矩给定

* 为变频器的 PID 控制器提供一个过程实际值或一个过程给定值

* 从变频器读取状态信息和实际值

* 更改变频器参数值

* 复位变频器故障

* CAN 数据帧

四、结束语

目前，风力发电控制技术主要掌握在国外大企业手中，国内机组的控制器主要依靠技术进口，因此，研究并设计有自主产权的机组控制系统有着深远的意义。

参考文献

1、阳宪惠编 《工业数据通信与控制网络》清华大学出版社