CN103728488A - 一种风力发电机过温检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种风力发电机过温检测方法及系统，通过采样风力发电机的输出电压及输出电流，检测风力发电机的转速，并根据风力发电机的输出电压和输出电流计算风力发电机的实际功率，根据风力发电机的转速确定风力发电机的额定功率，根据额定功率和实际功率确定判定风力发电机是否过温，若是启动风力发电机保护装置，省略温度传感器的在风里发电机内的安装及系统的连接线，实现简单、成本低。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电机技术领域，具体涉及一种风力发电机过温检测方法及系统。
背景技术
风能是地球表面大量空气流动所产生的动能，是一种可再生能源。自1973年世界石油危机以来，在常规能源告急和全球生态环境恶化的双重压力下，风能作为新能源的重要组成部分，且具有洁净、环保等特点，得到了长足的发展。风能作为一种无污染和可再生的新能源有着巨大的发展潜力，特别是对沿海岛屿，交通不便的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电网和近期内电网还难以达到的农村、边疆等地区。
目前，风能的利用主要是利用风力发电机将风能转化为电能进行使用。但风力发电机的磁铁会因发电机内部温度过高而退磁，造成风力发电机永久性损坏。现有技术中，风力发电机的过温保护通常采用温度传感器检测风力发电机内部的温度，但温度传感器的安装复杂度高，其与系统控制器的连接线较长，引线难度大，成本高。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足和缺陷，提供一种实现简单的风力发电机过温检测方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种风力发电机过温检测方法，包括以下步骤：
S1.采样风力发电机的输出电压及输出电流，检测风力发电机的转速；
S2.根据风力发电机的输出电压和输出电流计算风力发电机的实际功率，根据风力发电机的转速确定风力发电机的额定功率；
S3.根据额定功率和实际功率确定判定风力发电机是否过温，若是启动风力发电机保护装置，否则返回步骤S1进行下一次采样。
作为优选，所述采样风力发电机的输出电压及输出电流的步骤具体为采样风力发电机三相交流电整流为直流电信号后的电压及电流。
作为优选，所述实际功率根据一次以上采样三相交流电的电压及电流计算得到。
作为优选，预先设定过温功率比门限值，所述步骤S3具体为：
S301.通过额定功率减去实际功率得到发热功率；
S302.判断发热功率与额定功率的比值是否超过预设的过温功率比门限值，若是，则启动风力发电机保护装置，否则返回步骤S1进行下一次采样。
本发明的另一目的为提供一种风力发电机过温检测系统。
本发明的另一目的通过以下技术方案来实现：一种风力发电机过温检测系统，包括：
用于将风力发电机的三相交流电信号整流为直流电信号供给负载的整流电路；
用于采样整流电路输出端的电压的电压采样电路；
用于采样整流电路输出端的电流的电流采样电路；
用于检测风力发电机转速的转速检测电路；
根据采样电压、采样电流及风力发电机的转速产生启动风力发电机保护装置指令，并发送到风力发电机保护装置的中央处理单元；
所述中央处理单元分别与电压采样电路、电流采样电路及转速检测电路连接，所述电压采样电路、电流采样电路分别与整流电路连接，所述整流电路与风力发电机的三相交流输出端连接，所述中央处理单元还与风力发电机保护装置连接。
作为优选，所述电流采样电路与中央处理单元之间串联一用于将采样电流信号进行放大的放大电路。
作为优选，所述电流采样电路包括并联连接的第一采样电阻、第二采样电阻和第三采样电阻。
作为优选，所述电压采样电路包括第一电容及串联连接的第四分压电阻和第五分压电阻，所述第四分压电阻一端与整流电路正极输出端连接，另一端与第五分压电阻一端连接，第五分压电阻另一端接地，所述第一电容与第五分压电阻并联，所述第四分压电阻与第五分压电阻的节点为电压采样电路的输出端。
作为优选，所述风力发电机转速的转速检测电路包括串联连接的第六电阻和第七电阻，所述第六电阻一端与风力发电机三相交流电的任一相连接，另一端与第七电阻一端连接，同时通过第二电容接地，所述第二电容分别与第八电阻和第一二极管并联，所述第一二极管正极接地，负极接第六电阻与第二电容之间的节点，同时接第二二极管的正极，第二二极管负极接3.3V正电压，所述第七电阻另一端与比较器负极输入端连接，比较器正极输入端通过第九电阻接3.3V的正电压，并通过第十电阻接地，同时通过第十一电阻接比较器输出端，所述比较器输出端串联第十二电阻后作为风力发电机转速的转速检测电路的输出端，所述风力发电机转速的转速检测电路的输出端接第三二极管负极，同时接第四二极管正极，第三二极管正极接地，第四二极管负极接3.3V正电压。
作为优选，所述放大电路输入端通过第十三电阻接放大器负极输入端，所述放大器负极输入端通过第十四电阻接放大器输出端，同时通过第三电容接放大器正极输入端，放大器正极输入端接地，所述放大器输出端经第四电容接地，同时串联第十五电阻后作为放大电路的输出端，所述放大电路的输出端通过第五电容接地，所述第五电容并联第五二极管，所述第五二极管正极接地，负极接放大电路的输出端，同时接第六二极管正极，所述第六二极管负极接3.3V正电压。
本发明相比现有技术具有以下优点及有益效果：
（1）通过采样风力发电机的输出电压及输出电流，检测风力发电机的转速，并根据风力发电机的输出电压和输出电流计算风力发电机的实际功率，根据风力发电机的转速确定风力发电机的额定功率，根据额定功率和实际功率确定判定风力发电机是否过温，若是启动风力发电机保护装置，省略温度传感器的在风里发电机内的安装及系统的连接线，实现简单、成本低。
（2）所述电流采样电路将三个采样电阻并联，提高系统的稳定性和可靠性。
（3）通过放大电路将采样电流放大后再输入至中央处理单元，降低误差，提高采样精确度。
（4）采样整流电路输出的直流电压分压后的电压，降低对系统元件的性能要求，降低电路的复杂度和实现难度，且进一步降低成本。
附图说明
图1为本发明风力发电机过温检测方法的流程图；
图2本发明风力发电机过温检测系统的原理框图；
图3为本发明风力发电机过温检测系统的电路原理图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
一种风力发电机过温检测方法，预先设定过温功率比门限值，所述过温功率比门限值为20%，如图1所示，所述检测方法包括以下步骤：
S101、以1Hz的采样频率分别采样风力发电机三相交流电整流为直流电信号后的电压及电流，并实时检测风力发电机的转速。
S102、根据最近采样的120组电流及电压计算风力发电机的实际功率，即将上述120组电流及电压分别计算瞬时功率，并对上述瞬时功率求平均得到实际功率。
S103、根据风力发电机当前的转速确定风力发电机的额定功率。风力发电机当前的转速与其额定功率的对应通过实验获得，具体为通过实验检测额定温度下，风力发电机的任一转速对应的额定功率。
S104、将上述步骤S103得到的额定功率减去步骤S102计算得到的实际功率最终得到风力发电机的发热功率，计算风力发电机的发热功率与风力发电机的额定功率的比值。
S105、判断风力发电机的发热功率与风力发电机的额定功率的比值是否大于20%，若是则风力发电机处于过温状态，启动风力发电机保护装置，否则丢弃上述120组采样的电压及电流中最先采样的一组电压及电流，并返回步骤S101等待进行下一次采样。
如图2所示，一种实现上述风力发电机过温检测方法的系统，包括：
用于将风力发电机的三相交流电信号整流为直流电信号供给负载的整流电路；
用于采样整流电路输出端的电压的电压采样电路；
用于采样整流电路输出端的电流的电流采样电路；
用于将采样电流信号进行放大的放大电路；
用于检测风力发电机转速的转速检测电路；
根据采样电压、采样电流及风力发电机的转速产生启动风力发电机保护装置指令，并发送到风力发电机保护装置的中央处理单元；
所述中央处理单元分别与电压采样电路、放大电路及转速检测电路连接，所述电压采样电路、电流采样电路分别与整流电路连接，所述放大电路与电流采样电路连接，所述整流电路与风力发电机的三相交流输出端连接，所述中央处理单元还与风力发电机保护装置连接。所述中央处理单元采用DSPIC33FJ16GS402芯片。
上述系统的工作原理为：系统工作时，所述整流电路将风力发电机的三相交流电信号整流为直流电信号，电压采样电路采样整流电路输出端的电压，并输入至中央处理单元。所述电压采样电路及电流采样电路的采样频率均1Hz。所述转速检测电路将风力发电机T相信号转化为方波信号并传输至中央处理单元。所述中央处理单元将最近采样的120组电压及电流计算风力发电机的实际功率，即将上述120组电流及电压分别计算瞬时功率，并对上述瞬时功率求平均得到实际功率，根据转速检测电路输入的方波信号，计算风力发电机当前的转速，并根据风力发电机当前的转速确定风力发电机的额定功率，将额定功率减去实际功率最终得到风力发电机的发热功率，计算风力发电机的发热功率与风力发电机的额定功率的比值，判断风力发电机的发热功率与风力发电机的额定功率的比值是否大于20%，若是则风力发电机处于过温状态，产生启动风力发电机保护装置指令，并发送到风力发电机保护装置，启动风力发电机保护装置，进行过温保护，否则丢弃上述120组采样的电压及电流中最先采样的一组电压及电流，并继续检测风力发电机是否过温。
如图3所示，所述整流电路输出端跨接两并联连接的第六滤波电容EC1和第七滤波电容EC2，对整流后的直流电进行平滑滤波。
所述电流采样电路包括并联连接的第一采样电阻RCT1、第二采样电阻RCT2和第三采样电阻RCT3。
所述电压采样电路包括第一电容C6及串联连接的第四分压电阻R19和第五分压电阻R18，所述第四分压电阻R19一端与整流电路正极输出端连接，另一端与第五分压电阻R18一端连接，第五分压电阻R18另一端接地，所述第一电容C6与第五分压电阻R18并联，所述第四分压电阻R19与第五分压电阻R18的节点为电压采样电路的输出端，所述电压采样电路的输出端与DSPIC33FJ16GS402的busv引脚连接。所述电压采样电路的两输入端还跨接两并联连接的第八滤波电容EC5和第九滤波电容EC6。
所述风力发电机转速的转速检测电路包括串联连接的第六电阻R21和第七电阻R23，所述第六电阻R21一端与风力发电机三相交流电的任一相连接，在本实施例中所述第六电阻R21一端与风力发电机三相交流电的T相连接，另一端与第七电阻R23一端连接，同时通过第二电容C10接地，所述第二电容C10分别与第八电阻R11和第一二极管并联，所述第一二极管正极接地，负极接第六电阻R21与第二电容C10之间的节点，同时接第二二极管的正极，第二二极管负极接3.3V正电压，所述第七电阻R23另一端与比较器UIB负极输入端连接，比较器UIB正极输入端通过第九电阻R22接3.3V的正电压，并通过第十电阻R24接地，同时通过第十一电阻R25接比较器UIB输出端，所述比较器UIB输出端串联第十二电阻R26后作为风力发电机转速的转速检测电路的输出端，所述风力发电机转速的转速检测电路的输出端接DSPIC33FJ16GS402的TOCK2引脚，同时接第三二极管负极，同时接第四二极管正极，第三二极管正极接地，第四二极管负极接3.3V正电压。
所述DSPIC33FJ16GS402的MCLR引脚接风力发电机保护装置。
所述放大电路输入端NV通过第十三电阻R40接放大器UIA负极输入端，所述放大器UIA负极输入端通过第十四电阻R15接放大器UIA输出端，同时通过第三电容C20接放大器UIA正极输入端，放大器UIA正极输入端接地，所述放大器UIA输出端经第四电容C21接地，同时串联第十五电阻R41后作为放大UIA电路的输出端，所述放大电路UIA的输出端通过第五电容C22接地，所述第五电容C22并联第五二极管，所述第五二极管正极接地，负极接放大电路的输出端，同时接第六二极管正极，所述第六二极管负极接3.3V正电压，所述接放大电路的输出端接DSPIC33FJ16GS402的Current_sensor1引脚。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种风力发电机过温检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.采样风力发电机的输出电压及输出电流，检测风力发电机的转速；
S2.根据风力发电机的输出电压和输出电流计算风力发电机的实际功率，根据风力发电机的转速确定风力发电机的额定功率；
S3.根据额定功率和实际功率确定判定风力发电机是否过温，若是启动风力发电机保护装置，否则返回步骤S1进行下一次采样。
2.根据权利要求1所述的风力发电机过温检测方法，其特征在于：所述采样风力发电机的输出电压及输出电流的步骤具体为采样风力发电机三相交流电整流为直流电信号后的电压及电流。
3.根据权利要求2所述的风力发电机过温检测方法，其特征在于：所述实际功率根据一次以上采样三相交流电的电压及电流计算得到。
4.根据权利要求3所述的风力发电机过温检测方法，其特征在于，预先设定过温功率比门限值，所述步骤S3具体为：
S301.通过额定功率减去实际功率得到发热功率；
S302.判断发热功率与额定功率的比值是否超过预设的过温功率比门限值，若是，则启动风力发电机保护装置，否则返回步骤S1进行下一次采样。
5.一种风力发电机过温检测系统，其特征在于，包括：
用于将风力发电机的三相交流电信号整流为直流电信号供给负载的整流电路；
用于采样整流电路输出端的电压的电压采样电路；
用于采样整流电路输出端的电流的电流采样电路；
用于检测风力发电机转速的转速检测电路；
根据采样电压、采样电流及风力发电机的转速产生启动风力发电机保护装置指令，并发送到风力发电机保护装置的中央处理单元；
所述中央处理单元分别与电压采样电路、电流采样电路及转速检测电路连接，所述电压采样电路、电流采样电路分别与整流电路连接，所述整流电路与风力发电机的三相交流输出端连接，所述中央处理单元还与风力发电机保护装置连接。
6.根据权利要求5所述的风力发电机过温检测系统，其特征在于：所述电流采样电路与中央处理单元之间串联一用于将采样电流信号进行放大的放大电路。
7.根据权利要求6所述的风力发电机过温检测系统，其特征在于：所述电流采样电路包括并联连接的第一采样电阻、第二采样电阻和第三采样电阻。
8.根据权利要求7所述的风力发电机过温检测系统，其特征在于：所述电压采样电路包括第一电容及串联连接的第四分压电阻和第五分压电阻，所述第四分压电阻一端与整流电路正极输出端连接，另一端与第五分压电阻一端连接，第五分压电阻另一端接地，所述第一电容与第五分压电阻并联，所述第四分压电阻与第五分压电阻的节点为电压采样电路的输出端。
9.根据权利要求8所述的风力发电机过温检测系统，其特征在于：所述风力发电机转速的转速检测电路包括串联连接的第六电阻和第七电阻，所述第六电阻一端与风力发电机三相交流电的任一相连接，另一端与第七电阻一端连接，同时通过第二电容接地，所述第二电容分别与第八电阻和第一二极管并联，所述第一二极管正极接地，负极接第六电阻与第二电容之间的节点，同时接第二二极管的正极，第二二极管负极接3.3V正电压，所述第七电阻另一端与比较器负极输入端连接，比较器正极输入端通过第九电阻接3.3V的正电压，并通过第十电阻接地，同时通过第十一电阻接比较器输出端，所述比较器输出端串联第十二电阻后作为风力发电机转速的转速检测电路的输出端，所述风力发电机转速的转速检测电路的输出端接第三二极管负极，同时接第四二极管正极，第三二极管正极接地，第四二极管负极接3.3V正电压。
10.根据权利要求6至9任一项所述的风力发电机过温检测系统，其特征在于：所述放大电路输入端通过第十三电阻接放大器负极输入端，所述放大器负极输入端通过第十四电阻接放大器输出端，同时通过第三电容接放大器正极输入端，放大器正极输入端接地，所述放大器输出端经第四电容接地，同时串联第十五电阻后作为放大电路的输出端，所述放大电路的输出端通过第五电容接地，所述第五电容并联第五二极管，所述第五二极管正极接地，负极接放大电路的输出端，同时接第六二极管正极，所述第六二极管负极接3.3V正电压。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160504 Termination date: 20200926 |