CN205426515U - 基于dsp芯片的风力发电机组主传动链故障在线诊断系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于DSP芯片的风力发电机组主传动链故障在线诊断系统，由前置信号处理模块、信号处理器模块和图形显示模块组成。利用前置信号处理模块对风力发电机的电压和电流信号进行转换，转换后的信号传送给信号处理器模块；信号处理器模块对信号进行处理，最后利用图形显示模块显示电压和电流的信号的波形。本实用新型能够实现对信号的快速采集、分析处理和显示，从而对风力发电机组主传动链故障进行在线诊断。

Description

基于DSP芯片的风力发电机组主传动链故障在线诊断系统

技术领域

本发明涉及数据采集与信号处理器，属于数据采集与信号处理技术领域。

背景技术

随着人类环保意识的增强和风力发电技术的快速发展，风力发电在新能源行业中占的比例越来越大，而常规振动(加速度，位移)传感器的安装与维护困难，信号采集与传输不便，使得机组的监测与诊断工作很难推广，采用定子电流和电压进行风力发电机组的机械故障诊断，就可以克服传统振动诊断法存在的诸多问题。实际上发电机电流信号以供电频率为主，而真正的故障信息成分却较弱，如何从风力发电机电流和电压信号中提取信号中的微弱故障特征，是无传感器监测与诊断方法的研究热点也是难点。同时，传统的故障诊断在进行信号采集和处理时，一般是通过单独数据采集卡和与之配套的采集软件对数据进行采集和存储，再导入到数据处理软件，如Matlab中进行后期处理，属于典型的离线诊断方法，十分繁琐。因此，研究一种既能便于风力发电机电信号信号采集与处理的在线故障诊断系统具有很强的实用性，可行性和研究意义。

发明内容

本发明是为了解决如何有效地从风力发电机电流和电压信号中提取微弱故障信号特征，以及解决传统发电机电信号采集与处理过程中信号采集、存储及故障诊断时的繁琐步骤，提供了一种基于DSP芯片的风力发电机组主传动链故障在线诊断系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于DSP芯片的风力发电机组主传动链故障在线诊断系统，由前置信号处理模块、信号处理器模块和图形显示模块组成。利用前置信号处理模块对的风力发电机的电压和电流信号进行转换，转换后的信号传送给信号处理器模块；信号处理器模块对对信号进行采集、存储、数字滤波、均值化处理、快速傅里叶变换，利用希尔伯特变换对电压和电流信号进行包络解调，利用包络解调后的电压和电流信号计算风力发电机的瞬时功率信号，从而提取信号中的微弱故障特征；故障特征的提取原理:实验证明当风力发电机组主传动链产生故障时，会引起风力发电机气隙磁场的变化，故障信号会同时出现在风力发电机电压和电流信号中，通过发电机电压和电流信号计算发电机的瞬时功率，在瞬时功率的频谱中故障频率特征被放大，因此，瞬时功率法更有利于检测风力发电机组主传动链故障。最后利用图形显示模块对风力发电机电压和电流的信号的原始曲线、幅值谱、幅值包络谱及瞬时功率的频谱进行实时显示，从而对风力发电机组主传动链故障进行在线诊断。

所述的前置信号处理模块（1）包括交流电流互感器（11）和控制变压器（12），交流电流互感器（11）依靠电磁感应的原理将发电机的其中一相的大电流转换小电流，同时以电压方式输出后输信号处理器模块（2）；控制变压器（12）依靠电磁感应的原理将发电机的两相电压转换为较小的电压输出后输入信号处理器模块（2）。

所述的信号处理器模块（2）包括：DSP处理器（21），与DSP处理器（21）相连接的外扩存储器（22），和与外扩存储器（22）相连接的外扩存储器芯片FLASH或RAM（23）组成；同时包括与DSP处理器（21）相连接的A/D转换器（24），和与A/D转换器（24）相连接的A/D转换芯片（25）组成。

所述的交流电流互感器（11）的输出端与信号处理器模块（2）中A/D转换器（24）的输入通道相连接，控制变压器（12）的输出端与信号处理器模块（2）中A/D转换器（24）的输入通道相连接。

所述的图形显示模块（3）由液晶显示屏（31）和通过并行模式（4）与DSP处理器（21）相连接的部分组成。

本发明的有益效果是，本发明的一种基于DSP芯片的风力发电机组主传动链故障在线诊断系统，采用此种设计的前置信号处理模块，能够实现对信号的快速转换；信号处理器模块中的A/D转换器实现对信号采集和转换，DSP处理器实现对信号分析和处理，信号处理器模块中的外扩存储器实现对数据的存储和分配，系统程序的长期保存，有效提高DSP处理能力；图形显示模块能够对瞬时功率信号的频谱进行实时显示，从而对风力发电机组主传动链故障进行在线诊断。

本发明结构设计合理，体积小，利于信号采集，模块化的程序结构，便于程序移植，信号处理能力强，能有效丰富风力发电机组主传动链故障诊断方法。

附图说明

为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。

图1是系统的结构框图；

图2是系统的程序结构图；

图1中1-前置信号处理模块，11-交流电流互感器，12-控制变压器，2-信号处理器模块，21-DSP处理器，22-外扩存储器，23-外扩存储器芯片FLASH和RAM，24-A/D转换器，25-A/D转换芯片，3-图形显示模块，31-液晶显示屏。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

结合附图对本作进一步详细的说明，附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本的基本结构，因此其仅显示与本有关的结构。

如图1所示的一种基于DSP芯片的风力发电机组主传动链故障在线诊断系统，由前置信号处理模块（1）、信号处理器模块（2）、图形显示模块（3）组成。

前置信号处理模块（1）包括交流电流互感器（11）和控制变压器（12），交流电流互感器（11）依靠电磁感应的原理将发电机的其中一相的大电流转换小电流，同时以电压方式输出后输信号处理器模块（2）；控制变压器（12）依靠电磁感应的原理将发电机的两相电压转换为较小的电压输出后输入信号处理器模块（2）；信号处理器模块（2）包括：DSP处理器（21），与DSP处理器（21）相连接的外扩存储器（22），和与外扩存储器（22）相连接的外扩存储器芯片FLASH或RAM（23）组成；同时包括与DSP处理器（21）相连接的A/D转换器（24），和与A/D转换器（24）相连接的A/D转换芯片（25）组成。

交流电流互感器（11）的输出端与信号处理器模块（2）中A/D转换器（24）的输入通道相连接，控制变压器（12）的输出端与信号处理器模块（2）中A/D转换器（24）的输入通道相连接。

本发明的一种基于DSP芯片的风力发电机组主传动链故障在线诊断系统，以DSP芯片为核心，外扩A/D转换芯片便于信号采集；系统程序采用模块化的结构，便于程序的移植，外扩存储器芯片RAM和FLASH，利于程序的前期调试和后续烧写，极大地提高了DSP的存取速度；利用瞬时功率法判定风力发电机组主传动链故障，外扩LCD液晶显示屏，对瞬时功率的频谱、故障信息进行在线显示，实现对风力发电机组主传动链故障的在线诊断。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.基于DSP芯片的风力发电机组主传动链故障在线诊断系统，其特征在于，它包括前置信号处理模块（1）、信号处理器模块（2）、图形显示模块（3）组成，利用前置信号处理模块（1）能够实现对信号的快速转换，同时将信号传送给信号处理器模块（2），信号处理器模块（2）中的A/D转换器（24）实现对信号采集和转换，DSP处理器（21）实现对信号处理，提取信号中的故障特征频率，同时绘制瞬时功率信号的频谱，通过图形显示模块（3）对瞬时功率信号的频谱进行实时显示，从而对风力发电机组主传动链故障进行在线诊断，信号处理器模块（2）中的外扩存储器（22）实现对数据的存储和分配，有效提高DSP处理能力，前置信号处理模块（1）包括交流电流互感器（11）和控制变压器（12），交流电流互感器（11）依靠电磁感应的原理将发电机的其中一相的大电流转换小电流，同时以电压方式输出后输信号处理器模块（2）；控制变压器（12）依靠电磁感应的原理将发电机的两相电压转换为较小的电压输出后输入信号处理器模块（2）。

2.根据权利要求1所述的一种基于DSP芯片的风力发电机组主传动链故障在线诊断系统，其特征是：所述的信号处理器模块（2）包括：DSP处理器（21），与DSP处理器（21）相连接的外扩存储器（22），和与外扩存储器（22）相连接的外扩存储器芯片FLASH或RAM（23）组成；同时包括与DSP处理器（21）相连接的A/D转换器（24），和与A/D转换器（24）相连接的A/D转换芯片（25）组成，交流电流互感器（11）的输出端与信号处理器模块（2）中A/D转换器（24）的输入通道相连接，控制变压器（12）的输出端与信号处理器模块（2）中A/D转换器（24）的输入通道相连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于DSP芯片的风力发电机组主传动链故障在线诊断系统，其特征是：所述的图形显示模块（3）由液晶显示屏（31）和通过并行模式（4）与DSP处理器（21）相连接的部分组成。