基于DSP和瞬时解调功率谱的风力发电机故障诊断装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及基于DSP和瞬时解调功率谱的风力发电机故障诊断装置，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采集、存储，并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，从而提取信号中的微弱故障特征；最后利用图形显示模块显示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谱。本发明专利技术能够实现对信号的快速转换、分析、处理和存储从而对风力发电机组主传动链故障进行在线诊断。

Fault diagnosis device for wind power generator based on DSP and instantaneous demodulation power spectrum

The invention relates to a wind power generator fault diagnosis device based on DSP and instantaneous demodulation power spectrum, which is composed of a front signal processing module, a signal processor module and a graphic display module. Conversion signal processing module of the wind generator voltage and current signals, signals converted to the signal processor module; signal processor module of signal acquisition, storage, and envelope demodulation of voltage and current signals, instantaneous power voltage and current signal using envelope demodulation after calculation of wind turbines, and weak fault feature extraction in the signal; finally the graphic display module displays the original curve, signal voltage and current amplitude spectrum, amplitude envelope and instantaneous power spectrum. The invention can realize the fast conversion, analysis, processing and storage of the signal, so as to carry out on line diagnosis of the fault of the main transmission chain of the wind turbine.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数据采集与信号处理器，属于数据采集与信号处理

技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，提供了基于DSP和瞬时解调功率谱的风力发电机故障诊断装置。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：基于DSP和瞬时解调功率谱的风力发电机故障诊断装置，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），系统软件（22），与DSP处理器（21）相连接的外部扩展存储器（23），和与外部扩展存储器（23）相连接的外扩存储器芯片FLASH或RAM（24）组成；同时包括与DSP处理器（21）相连接的A/D转换器（25），和与A/D转换器（25）相连接的A/D转换芯片（26）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（25）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（25）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。所述系统程序模块（22）属于软件部分，存储于外扩存储器芯片FLASH或RAM（24）中。系统程序模块（22）的功能包括：完成硬件系统的初始化，定时中断，信号采集与数据转换，数字滤波，FFT变换，希尔伯特变换，均值化处理，瞬时功率计算及频谱显示等。本专利技术的有益效果是，本专利技术的基于DSP和瞬时解调功率谱的风力发电机故障诊断装置，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。本专利技术结构设计合理，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，本专利技术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3是Hilbert变换求电流或电压信号包络解调信号流程示意图；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-系统程序，23-外扩存储器，24-外扩存储器芯片FLASH和RAM，25-A/D转换器，26-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：为使本专利技术的目的、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专利技术。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。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专利技术的概念。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所示的基于DSP和瞬时解调功率谱的风力发电机故障诊断装置，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），系统软件（22），与DSP处理器（21）相连接的外部扩展存储器（23），和与外部扩展存储器（23）相连接的外扩存储器芯片FLASH或RAM（24）组成；同时包括与DSP处理器（21）相连接的A/D转换器（25），和与A/D转换器（25）相连接的A/D转换芯片（26）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（25）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（25）的输入通道相连接；程序模块（22）属于软件部分，存储于外扩存储器芯片FLASH或RAM（24）中。系统程序模块（22）的功能包括：完成硬件系统的初始化，定时中断，信号采集与数据转换，数字滤波，FFT变换，希尔伯特变换，均值化处理，瞬时功率计算及频谱显示等。本专利技术的基于DSP和瞬时解调功率谱的风力发电机故障诊断装置，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，本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于DSP和瞬时解调功率谱的风力发电机故障诊断装置，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（25）实现对信号采集和转换，DSP处理器（21）实现对信号数字滤波、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，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，处理器（2）模块中的外扩存储器（23）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，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）。...

【技术特征摘要】
2015.11.26 CN 20151083279421.基于DSP和瞬时解调功率谱的风力发电机故障诊断装置，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（25）实现对信号采集和转换，DSP处理器（21）实现对信号数字滤波、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，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，处理器（2）模块中的外扩存储器（23）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，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：时献江，赵晓文，罗建，王振猛，曹艺，李凯，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23