基于虚拟仪器技术的风电机组测试系统设计方法技术方案

本发明专利技术提出了一种基于虚拟仪器技术的风电机组测试系统设计方法。基于虚拟仪器技术的风电机组测试系统包括硬件平台和软件平台，硬件平台包含嵌入式工控机、数据采集卡、终端显示屏、信号调理板、测试针床、适配接口等。软件平台作为自动测试系统的核心，以虚拟仪器技术为基础，利用NI LabVIEW作为软件开发环境，以模糊综合评判理论和故障树分析法作为故障诊断方法，建立人机交互界面和故障测试界面，实现对风电机组故障电路板的智能诊断。本发明专利技术中测试系统主要针对风电机组各类型电路板，设计方法灵活，可应用于传统领域，具有灵活性高，通用性强的特点。

Design Method of Wind Turbine Test System Based on Virtual Instrument Technology

The invention presents a design method of wind turbine test system based on virtual instrument technology. The wind turbine test system based on virtual instrument technology includes hardware platform and software platform. The hardware platform includes embedded industrial computer, data acquisition card, terminal display screen, signal conditioning board, test needle bed, adapter interface and so on. Software platform is the core of automatic test system, based on virtual instrument technology, using NI LabVIEW as software development environment, using fuzzy comprehensive evaluation theory and fault tree analysis as fault diagnosis method, establishing man-machine interface and fault test interface, realizing intelligent diagnosis of wind turbine fault circuit board. The test system of the invention is mainly aimed at various types of circuit boards of wind turbines. The design method is flexible, and can be applied to traditional fields with high flexibility and strong versatility.

【技术实现步骤摘要】
基于虚拟仪器技术的风电机组测试系统设计方法
本专利技术属于风力发电技术，具体而言涉及一种基于虚拟仪器技术的风电机组测试系统设计方法。
技术介绍
常用的大型风力机组都有独立的变桨控制系统，在进行风能采集时，变桨控制系统的功能是控制叶片旋转保证风电机组输出最大功率，或者控制停机保证安全。而变桨控制系统中存在多种电路板协调工作，一旦发生故障，风电机组直接需要进入停机状态。运维时也是直接对电路板进行换新，无法进行有效地故障诊断。目前自动测试系统主要应用于军事雷达数字电路板测试领域，民用自动测试系统尚处于发展阶段，多用于传统工业领域的电路板故障诊断。针对风电机组变桨控制系统的电路板故障诊断尚处于起步阶段，测试手段也是以半自动测试为主，运维方面耗时耗力，无法形成有效地故障测试。因此引入自动测试系统对变桨控制系统故障电路板进行测试很有必要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出了基于虚拟仪器技术的风电机组测试系统设计方法。实现本专利技术的技术解决方案为：基于虚拟仪器技术的风电机组测试系统设计方法，具体步骤为：步骤1、针对风电机组变桨控制系统，根据已有风电场运维情况，选定“蓝盒子”中PMPC电路板作为示例测试对象，通过研究PMPC工作原理，形成电路板故障对比库；步骤2、进行风电机组测试系统的硬件平台搭建；步骤3、进行风电机组测试系统的软件平台搭建，所述风电机组测试系统软件平台包括人机交互界面和故障诊断界面，人机交互界面用于记录每次故障诊断的数据以作备份并对故障诊断界面进行调用；故障诊断界面利用故障诊断方法将采集到的电压信号进行幅值修正后与电路板故障对比库的数据进行对比分析，通过阈值划定判断故障发生位置。优选地，所述风电机组测试系统硬件平台包括嵌入式计算机、数据采集卡、终端界面、信号调理板、测试针床以及适配接口，被测电路板通过适配接口与信号调理板连接，测试针床通过测试探针与被测电路板相连，传输信号到信号调理板，信号调理板传输信号到数据采集卡，嵌入式计算机与数据采集卡进行通信并控制数据采集卡工作，嵌入式计算机与终端界面连接进行人机交互优选地，所述信号调理板包括电阻分压电路和线性隔离电路，所述电阻分压电路用于通过电阻串联来降低输入电压的幅值，以保证满足数据采集卡的电压输入范围要求；所述线性隔离电路用于通过线性光耦和运放进行输入信号隔离，保证后端数据采集卡和嵌入式计算机的工作安全。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：本专利技术将自动测试系统引入风电机组变桨控制系统电路板故障诊断中，能够形成统一的测试理论和流程，从而对电路板故障诊断时进行流程化操作，大大提高工作效率，同时此类电路板发生故障时都以更新处理，通过自动测试能有效地增加电路板的使用寿命，大大减少运维成本。下面结合附图对本专利技术做进一步详细的描述。附图说明图1是本专利技术中风电机组测试系统结构示意图；图2是本专利技术中信号调理板电阻分压电路示意图；图3是实施例1中电路板M1-M4相互影响关系图；图4是实施例1中电路板稳压电路模块故障树模型；图5是实施例1中故障诊断测试程序流程图。具体实施方式基于虚拟仪器技术的风电机组测试系统设计方法，具体步骤为：步骤1、针对风电机组变桨控制系统，根据已有风电场运维情况，其电气故障一般发生在电路板失效故障，尤其以“蓝盒子”故障尤为频繁，且其无法进行有效地维修再利用，只能进行换新处理，从而选定“蓝盒子”中PMPC作为示例测试对象，通过研究电路板工作原理，形成电路板故障对比库，为后面实际测试数据对比判定故障做准备。步骤2、进行风电机组测试系统的硬件平台搭建，所述风电机组测试系统包括嵌入式计算机1、数据采集卡2、终端界面3、信号调理板4、测试针床5以及适配接口6，嵌入式计算机1通过PCI扩展接口与数据采集卡2进行通信并控制数据采集卡2工作，嵌入式计算机1与终端界面3通过DVI-I连接线进行通信控制测试程序并进行人机交互，适配接口6通过插拔式接口连接被测电路板与信号调理板4，测试针床5通过测试探针与被测电路板相连，通过连接线传输信号到信号调理板4，信号调理板4通过转接线传输信号到数据采集卡2，数据采集卡2进行采集并处理。步骤3、进行风电机组测试系统的软件平台搭建，所述风电机组测试系统软件平台采用虚拟仪器NILabVIEW作为测试程序集的软件开发环境，测试程序集包括人机交互界面和故障诊断界面，故障诊断界面包含PMPC测试界面和M1-M4诊断界面。人机交互界面用于记录每次故障诊断的各方面数据以作备份并对故障诊断界面进行调用；故障诊断界面利用故障诊断方法将采集到的电压信号进行幅值修正后与电路板故障对比库的数据进行对比分析，通过阈值划定判断故障发生位置。某些实施例中，步骤3中故障诊断方法具体为：通过研究电路板工作原理图，建立故障原因集M＝(M1,M2,M3,L,Mn)，则故障原因模糊向量为m＝(um1,um2,um3,L,umn)，m是诊断对象故障原因集M分别对应的隶属度；记故障原因互相影响的矩阵为：式中，rij表示第i种故障原因对第j种故障原因的影响关系因子，满足rij＝0or1；同时，记故障原因的权重因子集为将电路板故障时第Mi种故障原因的权重因子记为：其中，为第i种故障原因的影响关系因子总和，表示第i种故障原因对第j种故障原因的影响关系因子总和。实施例1如图1所示，通过本专利技术设计的基于虚拟仪器技术的风电机组测试系统，包括终端界面、嵌入式计算机、数据采集卡、信号调理板，针床，适配接口等。嵌入式计算机1通过PCI扩展接口与数据采集卡2进行通信并控制数据采集卡2工作，嵌入式计算机1与终端界面3通过DVI-I连接线进行通信控制测试程序并进行人机交互，适配接口6通过插拔式接口连接被测电路板与信号调理板4，测试针床5通过测试探针与被测电路板相连，通过连接线传输信号到信号调理板4，信号调理板4通过转接线传输信号到数据采集卡2，数据采集卡2进行采集并处理。终端界面做为人机交互界面使用，主要用于实际测试人员进行测试操作。数据采集卡通过PCI接口与嵌入式计算机进行通信，从而使得操作人员通过终端控制数据采集卡工作。数据采集卡的模拟输入端口和输出端口通过转接线连接到外部形成良好的外部接口，保证了良好的插拔性能。信号调理板分为电阻分压电路和线性隔离电路。电阻分压电路采用标线电阻(误差率为2％)，其中包括20K和10K，进行1/3的电阻分压，如图2所示。具体公式如下：U1为分压后的电压，U为采集到的输入电压，R1,R2为串联的电阻，R2＝2R1。线性隔离电路采用了HCNR201高速线性光耦作为主要元件，并包含远放LMV321，电阻和电容组成线性隔离电路，将前端输入信号与后端输出信号进行隔离，从而达到保护后端设备的作用。测试针床是为了进行实时采集信号所设计，本实施例采用与测试电路板同大小的透明亚克力板作为测试针床，测试探针采用三脚探针，以便更好的与测试针脚接触。确定首次测试的电路板测试点后，在亚克力板上进行与测试探针尺寸匹配的钻孔操作，从而将测试探针固定在亚克力板上形成测试针床，再通过杜邦线引出与信号调理板输入信号接口相连，形成信号采集通道。插拔式适配接口是为了模拟电路板实际工作环境，在获得示例测试对象时，在测试前需要分析其所需工作信号，测试对象PMPC有一个非标准化的14针接口，本专利技术通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于虚拟仪器技术的风电机组测试系统设计方法，其特征在于，具体步骤为：步骤1、针对风电机组变桨控制系统，根据已有风电场运维情况，选定“蓝盒子”中PMPC电路板作为示例测试对象，通过研究PMPC工作原理，形成电路板故障对比库；步骤2、进行风电机组测试系统的硬件平台搭建；步骤3、进行风电机组测试系统的软件平台搭建，所述风电机组测试系统软件平台包括人机交互界面和故障诊断界面，人机交互界面用于记录每次故障诊断的数据以作备份并对故障诊断界面进行调用；故障诊断界面利用故障诊断方法将采集到的电压信号进行幅值修正后与电路板故障对比库的数据进行对比分析，通过阈值划定判断故障发生位置。

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟仪器技术的风电机组测试系统设计方法，其特征在于，具体步骤为：步骤1、针对风电机组变桨控制系统，根据已有风电场运维情况，选定“蓝盒子”中PMPC电路板作为示例测试对象，通过研究PMPC工作原理，形成电路板故障对比库；步骤2、进行风电机组测试系统的硬件平台搭建；步骤3、进行风电机组测试系统的软件平台搭建，所述风电机组测试系统软件平台包括人机交互界面和故障诊断界面，人机交互界面用于记录每次故障诊断的数据以作备份并对故障诊断界面进行调用；故障诊断界面利用故障诊断方法将采集到的电压信号进行幅值修正后与电路板故障对比库的数据进行对比分析，通过阈值划定判断故障发生位置。2.根据权利要求1所述的基于虚拟仪器技术的风电机组测试系统设计方法，其特征在于，所述风电机组测试系统硬件平台包括嵌入式计算机(1)、数据采...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯延晖，汤海山，邱颖宁，苏建国，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32