基于dsp芯片的風力發(fā)電機組主傳動鏈故障在線診斷系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于DSP芯片的風力發(fā)電機組主傳動鏈故障在線診斷系統(tǒng)，由前置信號處理模塊、信號處理器模塊和圖形顯示模塊組成。利用前置信號處理模塊對風力發(fā)電機的電壓和電流信號進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的信號傳送給信號處理器模塊；信號處理器模塊對信號進行處理，最后利用圖形顯示模塊顯示電壓和電流的信號的波形。本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)對信號的快速采集、分析處理和顯示，從而對風力發(fā)電機組主傳動鏈故障進行在線診斷。
【專利說明】
基于DSP芯片的風力發(fā)電機組主傳動鏈故障在線診斷系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)采集與信號處理器，屬于數(shù)據(jù)采集與信號處理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類環(huán)保意識的增強和風力發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展，風力發(fā)電在新能源行業(yè)中占的比例越來越大，而常規(guī)振動(加速度，位移)傳感器的安裝與維護困難，信號采集與傳輸不便，使得機組的監(jiān)測與診斷工作很難推廣，采用定子電流和電壓進行風力發(fā)電機組的機械故障診斷，就可以克服傳統(tǒng)振動診斷法存在的諸多問題。實際上發(fā)電機電流信號以供電頻率為主，而真正的故障信息成分卻較弱，如何從風力發(fā)電機電流和電壓信號中提取信號中的微弱故障特征，是無傳感器監(jiān)測與診斷方法的研究熱點也是難點。同時，傳統(tǒng)的故障診斷在進行信號采集和處理時，一般是通過單獨數(shù)據(jù)采集卡和與之配套的采集軟件對數(shù)據(jù)進行采集和存儲，再導入到數(shù)據(jù)處理軟件，如Matlab中進行后期處理，屬于典型的離線診斷方法，十分繁瑣。因此，研究一種既能便于風力發(fā)電機電信號信號采集與處理的在線故障診斷系統(tǒng)具有很強的實用性，可行性和研究意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是為了解決如何有效地從風力發(fā)電機電流和電壓信號中提取微弱故障信號特征，以及解決傳統(tǒng)發(fā)電機電信號采集與處理過程中信號采集、存儲及故障診斷時的繁瑣步驟，提供了一種基于DSP芯片的風力發(fā)電機組主傳動鏈故障在線診斷系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種基于DSP芯片的風力發(fā)電機組主傳動鏈故障在線診斷系統(tǒng)，由前置信號處理模塊、信號處理器模塊和圖形顯示模塊組成。利用前置信號處理模塊對的風力發(fā)電機的電壓和電流信號進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的信號傳送給信號處理器模塊;信號處理器模塊對對信號進行采集、存儲、數(shù)字濾波、均值化處理、快速傅里葉變換，利用希爾伯特變換對電壓和電流信號進行包絡(luò)解調(diào)，利用包絡(luò)解調(diào)后的電壓和電流信號計算風力發(fā)電機的瞬時功率信號，從而提取信號中的微弱故障特征;故障特征的提取原理:實驗證明當風力發(fā)電機組主傳動鏈產(chǎn)生故障時，會引起風力發(fā)電機氣隙磁場的變化，故障信號會同時出現(xiàn)在風力發(fā)電機電壓和電流信號中，通過發(fā)電機電壓和電流信號計算發(fā)電機的瞬時功率，在瞬時功率的頻譜中故障頻率特征被放大，因此，瞬時功率法更有利于檢測風力發(fā)電機組主傳動鏈故障。最后利用圖形顯示模塊對風力發(fā)電機電壓和電流的信號的原始曲線、幅值譜、幅值包絡(luò)譜及瞬時功率的頻譜進行實時顯示，從而對風力發(fā)電機組主傳動鏈故障進行在線診斷。
[0005]所述的前置信號處理模塊(I)包括交流電流互感器(11)和控制變壓器(12)，交流電流互感器(11)依靠電磁感應(yīng)的原理將發(fā)電機的其中一相的大電流轉(zhuǎn)換小電流，同時以電壓方式輸出后輸信號處理器模塊(2);控制變壓器(12)依靠電磁感應(yīng)的原理將發(fā)電機的兩相電壓轉(zhuǎn)換為較小的電壓輸出后輸入信號處理器模塊(2)。
[0006]所述的信號處理器模塊(2)包括:DSP處理器(21)，與DSP處理器(21)相連接的外擴存儲器(22)，和與外擴存儲器(22)相連接的外擴存儲器芯片F(xiàn)LASH或RAM(23)組成；同時包括與DSP處理器(21)相連接的A/D轉(zhuǎn)換器(24)，和與A/D轉(zhuǎn)換器(24)相連接的A/D轉(zhuǎn)換芯片(25)組成。
[0007]所述的交流電流互感器(11)的輸出端與信號處理器模塊(2)中A/D轉(zhuǎn)換器(24)的輸入通道相連接，控制變壓器(12)的輸出端與信號處理器模塊(2)中A/D轉(zhuǎn)換器(24)的輸入通道相連接。
[0008]所述的圖形顯示模塊(3)由液晶顯示屏(31)和通過并行模式(4)與DSP處理器(21)相連接的部分組成。
[0009]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的一種基于DSP芯片的風力發(fā)電機組主傳動鏈故障在線診斷系統(tǒng)，采用此種設(shè)計的前置信號處理模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)對信號的快速轉(zhuǎn)換;信號處理器模塊中的A/D轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)對信號采集和轉(zhuǎn)換，DSP處理器實現(xiàn)對信號分析和處理，信號處理器模塊中的外擴存儲器實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存儲和分配，系統(tǒng)程序的長期保存，有效提高DSP處理能力；圖形顯示模塊能夠?qū)λ矔r功率信號的頻譜進行實時顯示，從而對風力發(fā)電機組主傳動鏈故障進行在線診斷。
[0010]本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，體積小，利于信號采集，模塊化的程序結(jié)構(gòu)，便于程序移植，信號處理能力強，能有效豐富風力發(fā)電機組主傳動鏈故障診斷方法。
【附圖說明】
[0011]為了易于說明，本發(fā)明由下述的具體實施及附圖作以詳細描述。
[0012]圖1是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0013]圖2是系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)圖；
[0014]圖1中1-前置信號處理模塊，11-交流電流互感器，12-控制變壓器，2-信號處理器模塊，21- DSP處理器，22-外擴存儲器，23-外擴存儲器芯片F(xiàn)LASH和RAM，24-A/D轉(zhuǎn)換器，25-A/D轉(zhuǎn)換芯片，3-圖形顯示模塊，31-液晶顯示屏。
【具體實施方式】
[0015]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明了，下面通過附圖中示出的具體實施例來描述本發(fā)明。但是應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本實用新型的概念。
[0016]結(jié)合附圖對本作進一步詳細的說明，附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本有關(guān)的結(jié)構(gòu)。
[0017]如圖1所示的一種基于DSP芯片的風力發(fā)電機組主傳動鏈故障在線診斷系統(tǒng)，由前置信號處理模塊(1)、信號處理器模塊(2)、圖形顯示模塊(3)組成。
[0018]前置信號處理模塊(I)包括交流電流互感器(11)和控制變壓器(12)，交流電流互感器(I I)依靠電磁感應(yīng)的原理將發(fā)電機的其中一相的大電流轉(zhuǎn)換小電流，同時以電壓方式輸出后輸信號處理器模塊(2);控制變壓器(12)依靠電磁感應(yīng)的原理將發(fā)電機的兩相電壓轉(zhuǎn)換為較小的電壓輸出后輸入信號處理器模塊(2);信號處理器模塊(2)包括:DSP處理器(21)，與DSP處理器(21)相連接的外擴存儲器(22)，和與外擴存儲器(22)相連接的外擴存儲器芯片F(xiàn)LASH或RAM(23)組成；同時包括與DSP處理器(21)相連接的A/D轉(zhuǎn)換器(24)，和與A/D轉(zhuǎn)換器(24)相連接的A/D轉(zhuǎn)換芯片(25)組成。
[0019]交流電流互感器(11)的輸出端與信號處理器模塊(2)中A/D轉(zhuǎn)換器(24)的輸入通道相連接，控制變壓器(12)的輸出端與信號處理器模塊(2)中A/D轉(zhuǎn)換器(24)的輸入通道相連接。
[0020]本發(fā)明的一種基于DSP芯片的風力發(fā)電機組主傳動鏈故障在線診斷系統(tǒng)，以DSP芯片為核心，外擴A/D轉(zhuǎn)換芯片便于信號采集;系統(tǒng)程序采用模塊化的結(jié)構(gòu)，便于程序的移植，外擴存儲器芯片RAM和FLASH，利于程序的前期調(diào)試和后續(xù)燒寫，極大地提高了DSP的存取速度;利用瞬時功率法判定風力發(fā)電機組主傳動鏈故障，外擴LCD液晶顯示屏，對瞬時功率的頻譜、故障信息進行在線顯示，實現(xiàn)對風力發(fā)電機組主傳動鏈故障的在線診斷。
[0021]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【主權(quán)項】
1.基于DSP芯片的風力發(fā)電機組主傳動鏈故障在線診斷系統(tǒng)，其特征在于，它包括前置信號處理模塊(1)、信號處理器模塊(2)、圖形顯示模塊(3)組成，利用前置信號處理模塊(I)能夠?qū)崿F(xiàn)對信號的快速轉(zhuǎn)換，同時將信號傳送給信號處理器模塊(2)，信號處理器模塊(2)中的A/D轉(zhuǎn)換器(24)實現(xiàn)對信號采集和轉(zhuǎn)換，DSP處理器(21)實現(xiàn)對信號處理，提取信號中的故障特征頻率，同時繪制瞬時功率信號的頻譜，通過圖形顯示模塊(3)對瞬時功率信號的頻譜進行實時顯示，從而對風力發(fā)電機組主傳動鏈故障進行在線診斷，信號處理器模塊(2)中的外擴存儲器(22)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存儲和分配，有效提高DSP處理能力，前置信號處理模塊(1)包括交流電流互感器(11)和控制變壓器(12)，交流電流互感器(11)依靠電磁感應(yīng)的原理將發(fā)電機的其中一相的大電流轉(zhuǎn)換小電流，同時以電壓方式輸出后輸信號處理器模塊(2);控制變壓器(12)依靠電磁感應(yīng)的原理將發(fā)電機的兩相電壓轉(zhuǎn)換為較小的電壓輸出后輸入信號處理器模塊(2)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP芯片的風力發(fā)電機組主傳動鏈故障在線診斷系統(tǒng)，其特征是:所述的信號處理器模塊(2)包括:DSP處理器(21)，與DSP處理器(21)相連接的外擴存儲器(22)，和與外擴存儲器(22)相連接的外擴存儲器芯片F(xiàn)LASH或RAM(23)組成；同時包括與DSP處理器(21)相連接的A/D轉(zhuǎn)換器(24)，和與A/D轉(zhuǎn)換器(24)相連接的A/D轉(zhuǎn)換芯片(25)組成，交流電流互感器(11)的輸出端與信號處理器模塊(2)中A/D轉(zhuǎn)換器(24)的輸入通道相連接，控制變壓器(12)的輸出端與信號處理器模塊(2)中A/D轉(zhuǎn)換器(24)的輸入通道相連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP芯片的風力發(fā)電機組主傳動鏈故障在線診斷系統(tǒng)，其特征是:所述的圖形顯示模塊(3)由液晶顯示屏(31)和通過并行模式(4)與DSP處理器(21)相連接的部分組成。
【文檔編號】G01M13/02GK205426515SQ201520952536
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年11月26日
【發(fā)明人】時獻江, 趙曉文, 羅建, 任婷婷, 房欽國
【申請人】哈爾濱理工大學