用于风电场超声波风速监测的tdc-gp1芯片设置方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于风电场超声波风速监测的TDC-GP1芯片设置方法，初始化寄存器，设置TDC-GP1芯片的工作模式；将数据从TDC-GP1芯片内读取和写入，将数据从TDC-GP1芯片内读取和写入具体为：在TDC-GP1芯片的通道1中触发2个脉冲；重置TDC-GP1芯片及逻辑算术单元，判断TDC-GP1芯片寄存器中的INT_Flag位是否为1，如不为1则继续判断INT_Flag位的状态，直到INT_Flag位为1，则将TDC-GP1芯片内的数据读取；将读取的数据计算并判断计算结果是否正确，或计算结果错误则发送错误信号至CPLD芯片，从而返回步骤201；如计算结果正确则将计算结果显示。实现精确监测风电场风速的优点。
【专利说明】 用于风电场超声波风速监测的TDC-GP1芯片设置方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及新能源发电过程中风资源监测【技术领域】，具体地，涉及一种用于风电场超声波风速监测的TDC-GPl芯片设置方法。
【背景技术】
[0002]目前，我国风电进入规模化发展阶段以后所产生的大型新能源基地多数位于“三北地区”(西北、东北、华北)，大型新能源基地一般远离负荷中心，其电力需要经过长距离、高电压输送到负荷中心进行消纳。由于风资源的间歇性、随机性和波动性，导致大规模新能源基地的风电发电出力会随之发生较大范围的波动，进一步导致输电网络充电功率的波动，给电网运行安全带来一系列问题。
[0003]截至2013年11月，甘肃电网并网风电装机容量已达668万千瓦，约占甘肃电网总装机容量的21%，成为仅次于火电的第二大主力电源。随着风电并网规模的不断提高，风电不确定性和不可控性给电网的安全稳定经济运行带来诸多问题。对风力发电过程中的风资源进行监测，可以更好的预测未来一段时间内风能的变化情况，从而可以更精确的对风电功率进行预测和校正，提高预测精度，促进新能源发电的发展。
[0004]TDC-GPl是ACAM公司基于0.8uCM0S工艺设计的高精度时间数字(Time DigitalConverter)转换芯片，如图3所示。它利用延时线法可对两个脉冲或多个脉冲之间的时间间隔进行精确测量，单通道测量精度为250ps，双通道耦合精度可达150ps，测量范围从3ns-200ms不等，因此其不但测量精度高，测量范围也很大。
[0005]GPl的测量范围按时间可分为测量范围I和测量范围2。测量范围I可测3ns-7.6us之间的时间间隔，其测量任务主要是由延时线测量单元负责；而测量范围2是为大量程设置的，其测量时间间隔为60ns-200ms，完成其测量则必须把延时线测量单元和测量范围2计数器配合起来使用。而现有的技术并没有将TDC-GPl芯片用于风电场超声波风速监测中。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种用于风电场超声波风速监测的TDC-GPl芯片设置方法，以实现精确监测风电场风速的优点。
[0007]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
一种用于风电场超声波风速监测的TDC-GPl芯片设置方法，包括以下步骤:
步骤1、初始化寄存器，设置TDC-GPl芯片的工作模式；
步骤2、将数据从TDC-GPl芯片内读取和写入，
其中步骤2中将数据从TDC-GPl芯片内读取和写入具体为:
步骤201、初始化TDC-GPl芯片；
步骤202、在TDC-GPl芯片的通道I中触发2个脉冲；
步骤203、设置Reg2为0x01触发第一个Start脉冲；步骤204、重置TDC-GPl芯片及逻辑算术单元，判断TDC-GPl芯片寄存器中的INT_Flag位是否为1，如不为I则继续判断INT_Flag位的状态，直到INT_Flag位为I Jl^fTDC-GPl芯片内的数据读取；
步骤205、上述步骤204数据读取结束后，重新初始化TDC-GPl芯片；
步骤206、设置Reg2 (寄存器2)为0x02触发第二个Start脉冲，等待逻辑算术单元计算完成，则将步骤204读取的数据计算并判断计算结果是否正确，或计算结果错误则发送错误信号至与TDC-GPl芯片电连接的CPLD芯片，从而返回步骤201 ；
步骤207、如计算结果正确则将计算结果显示。
[0008]根据本发明的优选实施例，上述逻辑算术单元的计算时间为3us。
[0009]根据本发明的优选实施例，上述步骤I中设置TDC-GPl芯片的工作模式具体如下:
步骤101、根据风电场实际应用的测量指标和回波时序特征，设置TDC-GPl芯片中的时间间隔测量模块的测量模式；工作中将TDC-GPl芯片的通道2关闭，两个STOP信号先后进入通道I触发GPl测量；
步骤102、采用了高精度模式，即TDC-GPl芯片提供两个通道绑定为一个通道的测量模式，其测时精度为125ps ；
步骤103、设定TDC-GPl芯片的通道I内允许一次触发，并且设定TDC-GPl芯片测量的是起始信号和第一个停止信号之间的时间间隔。
[0010]本发明的技术方 案具有以下有益效果:
本发明的技术方案，通过将TDC-GPl芯片使用到风电场超声波风速监测中，从而达到精确监测风电场风速的目的。
[0011]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明实施例所述的用于风电场超声波风速监测的TDC-GPl芯片设置方法的流程图；
图2为飞行时间间隔时序示意图；
图3为TDC-GPl芯片的电气结构图。
【具体实施方式】
[0013]以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0014]如图1所示，一种用于风电场超声波风速监测的TDC-GPl芯片设置方法，包括以下步骤:
步骤1、初始化寄存器，设置TDC-GPl芯片的工作模式；
步骤2、将数据从TDC-GPl芯片内读取和写入，
其中步骤2中将数据从TDC-GPl芯片内读取和写入具体为:
步骤201、初始化TDC-GPl芯片；
步骤202、在TDC-GPl芯片的通道I中触发2个脉冲；步骤203、设置Reg2为0x01触发第一个Start脉冲；
步骤204、重置TDC-GPl芯片及逻辑算术单元，判断TDC-GPl芯片寄存器中的INT_Flag位是否为1，如不为I则继续判断INT_Flag位的状态，直到INT_Flag位为I Jl^fTDC-GPl芯片内的数据读取；
步骤205、上述步骤204数据读取结束后，重新初始化TDC-GPl芯片；
步骤206、设置Reg2为0x02触发第二个Start脉冲，等待逻辑算术单元计算完成，则将步骤204读取的数据计算并判断计算结果是否正确，或计算结果错误则发送错误信号至与TDC-GPl芯片电连接的CPLD芯片，从而返回步骤201 ；
步骤207、如计算结果正确则将计算结果显示。
[0015]其中，逻辑算术单元的计算时间为3us。步骤I中设置TDC-GPl芯片的工作模式具体如下:
步骤101、根据风电场实际应用的测量指标和回波时序特征，设置TDC-GPl芯片中的时间间隔测量模块的测量模式；工作中将TDC-GPl芯片的通道2关闭，两个STOP信号先后进入通道I触发GPl测量；
步骤102、采用了高精度模式，即TDC-GPl芯片提供两个通道绑定为一个通道的测量模式，其测时精度为125ps ；
步骤103、设定TDC-GPl芯片的通道I内允许一次触发，并且设定TDC-GPl芯片测量的是起始信号和第一个停止信号之间的时间间隔。
[0016]根据三维超声波风速仪两对换能器之间的实际距离来确定GPl的工作模式，具体如下:
Cl)根据风电场实际应用的测量指标(测程为15cm，对应约0.44ms飞行时间间隔)和回波时序特征图2所示，设计时间间隔测量模块为范围2测量结合高分辨率模式，即由内部前置计数器和延时通道合作完成。工作中通道2关闭，两个STOP信号先后进入通道I触发GPl测量，得到两个值tl和t2，直接储存在结果寄存器中等待单片机读取。因为不需要间隔很短的连续采样，可设定进行一次触发完成后执行自动校准。
[0017](2)为提高测时精度采用了高精度模式，即GPl提供两个通道可绑定为一个通道的测量模式，其测时精度为单通道的一倍，即125pS。
[0018](3)因为每次只需要一个距离值，所以设定通道I内允许一次触发，并且设定GPl测量的是START信号和第一个STOP信号之间的时间间隔。如果需要多次触发，连续采样，则通过控制寄存器2和7来设定。
[0019]当模式确定好以后，必须注意测量范围I下的时序约束,如图2所示，每个触发脉宽必须大于2.5ns，否则无法引起触发事件；第一个停止信号与起始信号之间的时间间隔tl必须大于3ns，否则停止信号无效；同一通道上相邻的两个停止信号的时间间隔t2必须大于15ns，如果两个停止信号相距太近，则第二个停止信号到达时因通道正处在恢复期而无法被辨识；不同通道上的两个停止信号t3之间没有时间间隔限制；最后一个停止信号与起始信号之间的时间间隔t4必须小于
[0020]其中图1中，ALU是逻辑算术单元，CPLD是复杂可编程逻辑器件。
[0021]对于GPl的软件编程主要分两部分，一部分为寄存器的初始化，以此确定GPl的工作模式；第二部分为数据的读出和转换。首先对GPl进行初始化，初始化中先设置寄存器2，在测量开始前先禁止任何通道，防止误触发。初始化后进行测量读取数据，因读出的值是16进制的，并且一次只能读出8位，因此一个校准值需要分4次读出，再通过校准时钟完成计算，读数据时地址指针可放在数据区的起始位置顺序读取。读出的结果经单片机进行判断，如不正确则进行删除，重新校准GP1，等待测量；需要注意的是每开始一次单独测量，最好对GPl重新初始化，以保证每次测量值的正确。
[0022]最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种用于风电场超声波风速监测的TDC-GPl芯片设置方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1、初始化寄存器，设置TDC-GPl芯片的工作模式； 步骤2、将数据从TDC-GPl芯片内读取和写入， 其中步骤2中将数据从TDC-GPl芯片内读取和写入具体为: 步骤201、初始化TDC-GPl芯片； 步骤202、在TDC-GPl芯片的通道I中触发2个脉冲； 步骤203、设置寄存器2为0x01触发第一个开始脉冲； 步骤204、重置TDC-GPl芯片及逻辑算术单元，判断TDC-GPl芯片寄存器中的INT_Flag位是否为1，如不为I则继续判断INT_Flag位的状态，直到INT_Flag位为I Jl^fTDC-GPl芯片内的数据读取； 步骤205、上述步骤204数据读取结束后，重新初始化TDC-GPl芯片； 步骤206、设置寄存器2为0x02触发第二个开始脉冲，等待逻辑算术单元计算完成，则将步骤204读取的数据计算并判断计算结果是否正确，或计算结果错误则发送错误信号至与TDC-GPl芯片电连接的CPLD芯片，从而返回步骤201 ； 步骤207、如计算结果正确则将计算结果显示。
2.根据权利要求1所述的用于风电场超声波风速监测的TDC-GPl芯片设置方法，其特征在于，上述逻辑算术单元的计算时间为3us。
3.根据权利要求1或2所述的用于风电场超声波风速监测的TDC-GPl芯片设置方法，其特征在于，上述步骤I中设置TDC-GPl芯片的工作模式具体如下: 步骤101、根据风电场实际应用的测量指标和回波时序特征，设置TDC-GPl芯片中的时间间隔测量模块的测量模式；工作中将TDC-GPl芯片的通道2关闭，两个STOP信号先后进入通道I触发GPl测量； 步骤102、采用了高精度模式，即TDC-GPl芯片提供两个通道绑定为一个通道的测量模式，其测时精度为125ps ； 步骤103、设定TDC-GPl芯片的通道I内允许一次触发，并且设定TDC-GPl芯片测量的是起始信号和第一个停止信号之间的时间间隔。
【文档编号】G01P5/24GK103869095SQ201410063446
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年2月25日 优先权日:2014年2月25日
【发明者】路亮, 汪宁渤, 刘国强, 王定美, 夏慧, 刘光途, 吕清泉, 陈钊 申请人:国家电网公司, 国网甘肃省电力公司, 甘肃省电力公司风电技术中心