一種基於二進位編碼遺傳算法的風機微觀選址裝置的製作方法
2023-05-20 11:03:11 2
專利名稱：一種基於二進位編碼遺傳算法的風機微觀選址裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及風電場風機選址技術領域，尤其涉及一種基於二進位編碼遺傳算法的風機微觀選址裝置。是通過對備選風場風速風向的測量，通過攝像頭裝置對周圍環境的監測，把圖像數據傳送到圖像處理晶片SPCA563A處理，再傳送至微控制器處理得到地面粗糙度的判斷；風速儀測量後的風速信號經A/D轉換後傳送到微處理器。利用風機之間的尾流影響模型、噪聲模型、風機建設和維護費用模型作為目標優化函數以及基於二進位的遺傳算法計算得到各個風機最優位置。
背景技術：
風能作為一種新型清潔可再生能源，隨著在我國在風電行業的大力發展，風電場的建立日益增多。風電場的選址主要有宏觀選址和微觀選址，宏觀選址是根據風能資源確立風電場位置，風電場的地理位置確立後，需要通過微觀選址確立各個風機的具體位置。風電場建立的優劣性，最主要考慮各個風機對風能的利用率，風機噪聲的影響，及其風機建立成本和維護費用等因素，使風電場達到年發電量最大，建設成本和噪聲汙染最小，達到最優結果。在現有的微觀選址中，主要是通過WasP, WindFarmer等軟體進行選址,但是在風機選址時需要人工布置每個風機的微觀選址後，軟體才可以計算出風場的最大發電量，要得到最優結果需要進行多次人工確定微觀選址，因此工作量會相對較大；此外，這些商業軟體比較局限於平坦地形的風機選址，對複雜地形計算誤差會比較大。
實用新型內容為了克服上述缺陷，本實用新型提供一種基於二進位編碼遺傳算法的風機微觀選址裝置，目的是根據不同地形選擇不同的風力機尾流模型計算風電場的輸出功率、噪聲影響，並且計算出風電場的投資 維護費用，使得風電場的經濟效益達到最大。本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是一種基於二進位編碼遺傳算法的風機微觀選址裝置攝像頭裝置與圖像CMOS傳感器相連，圖像CMOS傳感器與圖像處理晶片相連，圖像處理晶片與單片機SPCE061A相連接；風速傳感器與A/D轉換器相連接，A/D轉換器與89C51單片機相連接。所述的圖像處理晶片採用SPCA563A ；圖像CMOS傳感器採用SPCA561A ;風速儀傳感器採用科瑞文INTlO ；A/D轉換器採用TLC1549M。所述的圖像CMOS傳感器SPCA561A與圖像處理晶片的連接關係如下管腳GPIOO連接 RGBIN[0]，GPIOl 連接 RGBIN[1]，GP102 連接 RGBIN[2]，TRAPO 連接 RGBIN[3]，TRAPl連接 RGBIN[4]，TRAP2 連接 RGBIN[5]，TRAP3 連接 RGBIN[6]，TRAP4 連接 RGBIN[7]，TRAP5連接 EXTVD，TRAP6 連接 EXTHD，GP103 連接 12CSCL，GP104 連接 12CSDA，EDO 連接 EXTCK2X，CPCLK 連接 EXTCK1X。所述的圖像處理晶片SPCA563A與單片機SPCE061A連接關係如下SCK連接SCK，SD 連接 SDI，RDY 連接 LOAD。所述的單片機SPCE061A內存有32K，可以選擇用SPR4069的BMI接口方式對SPCE061A進行FLASH存儲器擴展，採用BMI接口方式的A模式，即CF0、CFU CF2、CF3、CF4、CF5、CF6 接低電平即接地，CF7 接高電平；ADO、AD1、AD2、AD3、AD4、AD5、AD6、AD7 連接SPCE061A的雙向數據口 IOA的低8位，用來傳輸地址和數據；MC0、MCl分別連接SPCE061A的I0B12、I0B11作為控制線，用來產生地址數據及讀寫控制信號；VDDQ的工作電壓為3. 3V,用於IO 口供電，VDDI供電範圍為2. 25V到2. 75V，用於對內部FLASH與邏輯控制器供電。所述的A/D轉換器TCL1549與89C51單片機連接關係如下TLC1549M的管腳REF-、GND接地，管腳與89C51單片機的P3. O管腳相連接，I/O CLOCK管腳與P3.1連接、DATAOUT與P3. 2連接。本實用新型的有益效果是與現有的風機微觀選址方法相比，本實用新型方法具有適用於平坦地形與複雜地形的風機選址的優點。還具有目標優化多元化，使得風電場投資費用小而經濟效益高，並使得年發電量得到顯著提高的優點效果。
圖1是本實用新型風速儀傳感器、圖像處理晶片SPCA863A與單片機相連結構圖；圖2是圖像處理晶片SPCA863A結構圖；圖3是圖像處理晶片SPCA863A管腳連接圖；圖4是圖像處理晶片SPCA863A電源連接電路圖；圖5是A/D轉換器TLC1549與單片機89C51連接圖；圖6是平坦地形風機湍流模型；圖7是綜合複雜地形風機湍流模型；圖8是選定一點風機噪聲計算模型。
具體實施方式
實施例1 :本實用新型是一種基於二進位編碼遺傳算法的風機微觀選址裝置。如圖1所示，可以根據不同地形選擇不同的風力機尾流模型計算風電場的輸出功率、噪聲影響，並且計算出風電場的投資維護費用，使得風電場的經濟效益達到最大。風電場風速數據通過風速儀測量得到；障礙物、地面粗糙度等數據可以通過硬體設備攝像頭採集圖像經過識別處理得到其數據。圖像採集是由攝像頭裝置採集備選風電場周圍環境圖像，經過圖像CMOS傳感器SPCA561A傳送至圖像處理晶片SPCA563A處理，由16位單片機SPCE061A處理後，判斷圖像中環境粗糙度等級。由於單片機SPCE061A片內FLASH只有32K，很難滿足大容量存儲圖片，我們可以利用FLASH存儲器SPR4069進行擴展到4M bits。風速數據直接由風速傳感器經過AID轉換後傳送至微處理器。風速儀採用科瑞文INTlO風速儀，A/D轉換器採用TLC1549M。CMOS傳感器SPCA561A與圖像處理晶片的連接關係如下管腳GPI00連接RGBIN[0]，GPI01 連接 RGBIN[1]，GP102 連接 RGBIN[2]，TRAPO 連接 RGBIN[3]，TRAPl 連接RGBIN[4]，TRAP2 連接 RGBIN[5]，TRAP3 連接 RGBIN[6]，TRAP4 連接 RGBIN[7]，TRAP5 連接EXTVD, TRAP6 連接 EXTHD，GP103 連接 12CSCL，GP104 連接 12CSDA，EDO 連接 EXTCK2X，CPCLK連接EXTCK1X，如圖2至圖3所示。圖像處理晶片SPCA563A與單片機SPCE061A連接關係如下SCK連接SCK，SD連接SDI，RDY連接LOAD，如圖4所示。單片機SPCE061A由於片內存只有32K，我們選擇用SPR4069的BMI接口方式對單片機SPCE061A進行FLASH存儲器擴展，並且我們採用BMI接口方式的A模式，即CF0、CF1、CF2、CF3、CF4、CF5、CF6 接低電平即接地，CF7 接高電平；AD0、AD1、AD2、AD3、AD4、AD5、AD6、AD7連接單片機SPCE061A的雙向數據口 IOA的低8位，用來傳輸地址和數據。MCO、MCl分別連接單片機SPCE061A的I0B12、IOBll作為控制線，用來產生地址數據及讀寫控制信號。VDDQ的工作電壓為3. 3V，用於IO 口供電，VDDI供電範圍為2. 25V到2. 75V，用於對內部FLASH與邏輯控制器供電。風速儀傳感器採集的的風速信號經A/D轉換器TCL1549M轉換後成為數字量信號，再傳送至89C51單片機處理，A/D轉換器TCL1549與89C51單片機連接關係如下TLC1549M的管腳REF-、GND接地，管腳與89C51單片機的P3. O管腳相連接，I/OCLOCK管腳與P3.1連接、DATA0UT與P3. 2連接，如圖5所示。 在風力機微觀選址目標函數設計中，以風電場輸出功率、噪聲汙染、風機投資維護費用作為優化目標，根據其權重，設置權重係數，得到綜合目標函數，經過基於二進位的遺傳算法優化得到各個風機的最優位置。根據以上所述，基於二進位的遺傳算法優化過程如下步驟一根據風電場業主要求，確定風電場需要安裝的風力機臺數N以及業主要求的風機可選位置。 步驟二 根據風電場地形計算經過平坦地形山丘地形，並且經過風機後的風速變化，經過平坦地形和複雜地形後的風機尾流可用加權係數法計算得到；其中風機尾流模型平坦地形選擇Jessen模型，如圖6所示，下遊風機風速
權利要求1.一種基於二進位編碼遺傳算法的風機微觀選址裝置，其特徵是攝像頭裝置與圖像CMOS傳感器相連，圖像CMOS傳感器與圖像處理晶片相連，圖像處理晶片與單片機SPCE061A相連接；風速傳感器與A/D轉換器相連接，A/D轉換器與89C51單片機相連接。
2.根據權利要求1所述的一種基於二進位編碼遺傳算法的風機微觀選址裝置，其特徵是所述的圖像處理晶片採用SPCA563A ;圖像CMOS傳感器採用SPCA561A ;風速儀傳感器採用科瑞文INTlO ；A/D轉換器採用TLC1549M。
3.根據權利要求1所述的一種基於二進位編碼遺傳算法的風機微觀選址裝置，其特徵是所述的圖像CMOS傳感器SPCA561A與圖像處理晶片的連接關係如下管腳GPIOO連接 RGBIN[O]，GPIOl 連接 RGBIN[1]，GP102 連接 RGBIN[2]，TRAPO 連接 RGBIN[3]，TRAPl 連接 RGBIN[4]，TRAP2 連接 RGBIN[5]，TRAP3 連接 RGBIN[6]，TRAP4 連接 RGBIN[7]，TRAP5 連接 EXTVD, TRAP6 連接 EXTHD，GP103 連接 12CSCL，GP104 連接 12CSDA，EDO 連接 EXTCK2X，CPCLK 連接 EXTCK1X。
4.根據權利要求1所述的一種基於二進位編碼遺傳算法的風機微觀選址裝置，其特徵是所述的圖像處理晶片SPCA563A與單片機SPCE061A連接關係如下SCK連接SCK，SD連接 SDI，RDY 連接 LOAD。
5.根據權利要求4所述的一種基於二進位編碼遺傳算法的風機微觀選址裝置，其特徵是所述的單片機SPCE061A內存有32K，可以選擇用SPR4069的BMI接口方式對SPCE061A 進行FLASH存儲器擴展，採用BMI接口方式的A模式，即CF0、CF1、CF2、CF3、CF4、CF5、CF6 接低電平即接地，CF7接高電平；AD0、AD1、AD2、AD3、AD4、AD5、AD6、AD7連接SPCE061A的雙向數據口 IOA的低8位，用來傳輸地址和數據；MC0、MC1分別連接SPCE061A的I0B12、I0B11 作為控制線，用來產生地址數據及讀寫控制信號；VDDQ的工作電壓為3. 3V，用於10 口供電， VDDI供電範圍為2. 25V到2. 75V，用於對內部FLASH與邏輯控制器供電。
6.根據權利要求1所述的一種基於二進位編碼遺傳算法的風機微觀選址裝置，其特徵是所述的A/D轉換器TCL1549與89C51單片機連接關係如下TLC1549M的管腳REF_、GND 接地，管腳與89C51單片機的P3. O管腳相連接，1/0 CLOCK管腳與P3.1連接、DATA OUT 與P3. 2連接。
專利摘要本實用新型涉及風電場風機選址技術領域，尤其涉及一種基於二進位編碼遺傳算法的風機微觀選址裝置及方法。本實用新型是由攝像頭裝置與圖像CMOS傳感器相連，圖像CMOS傳感器與圖像處理晶片相連，圖像處理晶片與單片機SPCE061A相連接；風速傳感器與A/D轉換器相連接，A/D轉換器與89C51單片機相連接。本實用新型具有適用於平坦地形與複雜地形的風機選址的優點。還具有目標優化多元化，使得風電場投資費用小而經濟效益高，並使得年發電量得到顯著提高的優點效果。
文檔編號G06F19/00GK202887198SQ20122060378
公開日2013年4月17日 申請日期2012年11月15日 優先權日2012年11月15日
發明者黃旭, 張化光, 朱鈺, 楊珺, 劉勁松, 孫秋野, 王剛, 吳彥, 高凱, 葛延峰 申請人:遼寧省電力有限公司, 遼寧省電力有限公司電力科學研究院, 東北大學, 國家電網公司