CN107179504B - 一种抽水蓄能机组的旋向检测装置、方法以及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种抽水蓄能机组的旋向检测方法、装置以及系统，所述旋向检测装置应用于抽水蓄能电站，所述旋向检测装置包括模拟测量模块以及安装在抽水蓄能电站的抽水蓄能机组的大轴上的测速齿盘，测速齿盘为等距切割而成的圆形锯齿状，包括齿顶和齿底；所述模拟测量模块包括：多个指向所述大轴轴心方向的探头，用于输出脉冲信号；与所述多个探头相连接的模拟测量部件，用于根据所述脉冲信号生成脉冲矩阵，根据脉冲矩阵输出所述抽水蓄能机组的旋向检测结果。本发明通过分析安装在抽水蓄能电站的抽水蓄能机组的大轴上的测速齿盘的旋转位移与测速探头的动态关系，确定出机组的旋转方向，以实现通过实时检测机组的旋转方向精确的确定机组的运行工况。

Description

一种抽水蓄能机组的旋向检测装置、方法以及系统
技术领域
本发明关于电力系统技术领域，特别是关于电力系统中的抽水蓄能电站技术领域，具体的讲是一种抽水蓄能机组的旋向检测装置、方法以及系统。
背景技术
常规电站利用上库的水流入厂房推动水轮发电机转动发出电能，一般其旋转方向由设计确定，经制造、安装调试完成后就不会变化，一直以单方向运行。因此常规电站不存在机组双方向运行的问题。
抽水蓄能机组利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电，在负荷低谷时水泵水轮机作为泵使用，将水抽到上库，当负荷高峰期时水泵水轮机作为水轮机使用，将上库的水的势能转化为转轮的动能发电。因此蓄能机组能够在两个方向上工作，比如既可以顺时针旋转发电也能逆时针旋转抽水。
旋转方向是抽水蓄能机组运行的一个重要参数，决定机组的运行工况，影响机组的辅助设备运行；例如机组旋向会影响分段关闭装置的运行的可靠性，因为分段关闭装置是双方向工作的，它在发电方向和抽水方向均能工作，且控制导叶关闭的速度是不一样的，如果检测机组旋向错误从而导致分段关闭在错误的方向动作，会造成机组过渡过程失控，导致如机组过速或者压力钢管爆管等非常严重的后果，从而会引发非常严重的安全事故。
目前，抽水蓄能电站的电气检测机组旋向的常用方法是预置法，即在机组转动前先定好机组的旋向，然后驱动五极换向刀动作，五极换向刀PRD有3种状态(1,0，-1)，每个状态的定义一般如下表1所示：
表1
由表1可见，机组的旋向就以PRD的状态为基准，各分系统通过检测PRD的状态参数来确认当前机组旋向，并以此为基础来控制各自设备运行。利用检测PRD位置的方法来检测机组旋向是不真实的，是预置式的，只要PRD动作了，不论机组转是否转动，均表示了当前机组的旋向；而当PRD分开后即使机组还处于旋转状态，均表示了机组在不定态。例如当机组在水泵方向抽水时，如果突然从电网解列，机组会停机并关导叶，但是导叶关闭过程中，由于重力作用，上库的水会往下库流，反向冲击转轮，使机组往发电方向旋转，在此过程中机组经历抽水方向旋转-静止-发电方向旋转，对应的PRD位置状态从-1变化为0，因此如果仅仅从PRD状态来解析机组旋转方向，则机组从抽水方向直接转为不定态，没有充分反映机组的运行规律，因此该方法是十分不科学的。
因此，如何对当前抽水蓄能电站的电气的机组旋向进行检测是本领域亟待解决的技术难题。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种抽水蓄能机组的旋向检测方法、装置以及系统，通过分析安装在抽水蓄能电站的抽水蓄能机组的大轴上的测速齿盘的旋转位移与测速探头的动态关系，确定出机组的旋转方向，以实现通过实时检测机组的旋转方向精确的确定机组的运行工况，有效控制机组的辅助设备运行。
本发明的目的之一是，提供一种抽水蓄能机组的旋向检测方法，所述方法包括：
多个指向所述大轴轴心方向的探头输出脉冲信号；
与所述多个探头相连接的模拟测量部件根据所述脉冲信号生成脉冲矩阵，根据所述脉冲矩阵输出所述抽水蓄能机组的旋向检测结果。
在本发明的一种优选实施方式中，所述模拟测量部件根据所述脉冲信号生成脉冲矩阵，根据所述脉冲矩阵输出所述抽水蓄能机组的旋向检测结果包括：
所述模拟测量部件根据多个探头发送的脉冲信号生成脉冲矩阵；
获取存储的顺时针矩阵以及逆时针矩阵，所述顺时针矩阵是根据所述大轴顺时针旋转一周时所述多个探头发送的脉冲信号生成的，所述逆时针矩阵是根据所述大轴顺时针旋转一周时所述多个探头发送的脉冲信号生成的；
将所述脉冲矩阵与所述顺时针矩阵进行取与运算，当取与运算得到的结果为1时，则生成顺时针旋转的旋向检测结果，否则，将所述脉冲矩阵与所述逆时针矩阵进行取与运算，当取与运算得到的结果为1时，则生成逆时针旋转的旋向检测结果。
在本发明的一种优选实施方式中，所述模拟测量部件根据多个探头发送的脉冲信号生成脉冲矩阵包括：
所述模拟测量部件接收所述多个探头发送的脉冲信号；
当所述脉冲信号为高电平信号时，转换为1，当所述脉冲信号为低电平信号时，转换为0；
从转换后的多个探头发送的脉冲信号中选取出目标信号，所述目标信号包括多组信号；
根据所述目标信号生成脉冲矩阵。
本发明的目的之一是，提供一种抽水蓄能机组的旋向检测装置，所述旋向检测装置应用于抽水蓄能电站，所述旋向检测装置包括模拟测量模块以及安装在抽水蓄能电站的抽水蓄能机组的大轴上的测速齿盘，
其中，所述测速齿盘为等距切割而成的圆形锯齿状，包括齿顶和齿底；
所述模拟测量模块包括：
多个指向所述大轴轴心方向的探头，用于输出脉冲信号；
与所述多个探头相连接的模拟测量部件，用于根据所述脉冲信号生成脉冲矩阵，根据所述脉冲矩阵输出所述抽水蓄能机组的旋向检测结果。
在本发明的一种优选实施方式中，当所述探头与所述齿顶相对时，所述脉冲信号为高电平信号，当所述探头与所述齿底相对时，所述脉冲信号为低电平信号。
在本发明的一种优选实施方式中，所述模拟测量部件包括：
矩阵生成单元，用于根据多个探头发送的脉冲信号生成脉冲矩阵；
预设信号存储单元，用于存储顺时针矩阵以及逆时针矩阵，所述顺时针矩阵是根据所述大轴顺时针旋转一周时所述多个探头发送的脉冲信号生成的，所述逆时针矩阵是根据所述大轴顺时针旋转一周时所述多个探头发送的脉冲信号生成的；
旋向检测单元，用于将所述脉冲矩阵与所述顺时针矩阵进行取与运算，当取与运算得到的结果为1时，则生成顺时针旋转的旋向检测结果，否则，将所述脉冲矩阵与所述逆时针矩阵进行取与运算，当取与运算得到的结果为1时，则生成逆时针旋转的旋向检测结果。
在本发明的一种优选实施方式中，所述矩阵生成单元包括：
信号接收单元，用于接收所述多个探头发送的脉冲信号；
信号转换单元，用于当所述脉冲信号为高电平信号时，转换为1，当所述脉冲信号为低电平信号时，转换为0；
信号选取单元，用于从转换后的多个探头发送的脉冲信号中选取出目标信号，所述目标信号包括多组信号；
矩阵确定单元，用于根据所述目标信号生成脉冲矩阵。
在本发明的一种优选实施方式中，所述齿盘为20等分圆，包括10个齿底，10个齿顶，所述齿盘的不等分率<＝0.05，齿宽>20mm，齿厚>20mm。
在本发明的一种优选实施方式中，所述多个探头安装在与所述大轴的同心圆的18°内。
在本发明的一种优选实施方式中，所述探头设置在离所述齿盘3mm至5mm处。
在本发明的一种优选实施方式中，所述多个探头并列安装在一个所述齿顶的范围内。
本发明的目的之一是，提供了一种抽水蓄能机组的旋向检测系统，所述抽水蓄能机组的旋向检测系统包括抽水蓄能电站以及抽水蓄能机组的旋向检测装置。
本发明的有益效果在于，提供了一种抽水蓄能机组的旋向检测方法、装置以及系统，通过安装在大轴上的测速齿盘和多个测速探头来检测机组的旋向，在静态下分析机组在不同旋转方向时的探头位置的顺时针矩阵和逆时针矩阵，在动态下检测机组的探头位置的脉冲矩阵，对脉冲矩阵和顺时针矩阵的元素分别取与运算，得1则确定机组旋转方向为顺时针，对脉冲矩阵和逆时针矩阵的元素分别取与运算，得1则确定机组旋转方向为逆时针，通过实时检测机组的旋转方向能精确的确定机组的运行工况，有效控制机组的辅助设备运行。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种抽水蓄能机组的旋向检测系统的结构示意图；
图2为本发明提供的一种抽水蓄能机组的旋向检测装置的结构示意图；
图3为本发明提供的一种抽水蓄能机组的旋向检测装置中模拟测量部件的结构示意图；
图4为本发明提供的一种抽水蓄能机组的旋向检测装置中矩阵生成单元的结构示意图；
图5为本发明提供的具体实施例中探头测值为1的状态示意图；
图6为本发明提供的具体实施例中探头测值为0的状态示意图；
图7为本发明提供的具体实施例中齿盘探头安装示意图；
图8至图13为本发明提供的具体实施例中大轴逆时针旋转探头状态变化图；
图14至图19为本发明提供的具体实施例中大轴顺时针旋转探头状态变化图；
图20为本发明提供的一种抽水蓄能机组的旋向检测方法的流程示意图；
图21为图20中的步骤S102的流程示意图；
图22为图21中的步骤S201的流程示意图；
图23为本发明提供的具体实施例中抽水蓄能机组的旋向检测逻辑示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
首先介绍本发明的缩略语和关键术语。
常规水电站：将水能转换为电能的综合工程设施。水库的高水位经引水系统流入厂房推动水轮发电机组发出电能。
抽水蓄能电站：利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电的水电站。
PT测频：利用机端电压互感器的残压信号经放大后供调速器测频用，即使发电机未起励升压也适用。
五极换向刀：介于抽水蓄能机组发电机出口断路器和主变压器之间的换向刀闸，用于切换机组发电、抽水时的电压相序，简称(PRD)。
图1为本发明提供的一种抽水蓄能机组的旋向检测系统的结构示意图，请参见图1，本发明提供的系统包括抽水蓄能电站100以及抽水蓄能机组的旋向检测装置200。
现有技术中，抽水蓄能电站的电气检测机组旋向的常用方法是预置法，即在机组转动前先定好机组的旋向，然后驱动五极换向刀动作。机组的旋向就以PRD的状态为基准，各分系统通过检测PRD的状态参数来确认当前机组旋向，并以此为基础来控制各自设备运行。利用检测PRD位置的方法来检测机组旋向是不真实的，是预置式的。
图2为本发明提供的一种抽水蓄能机组的旋向检测装置的结构示意图，请参阅图2，本发明提供的旋向检测装置应用于抽水蓄能电站，所述旋向检测装置包括模拟测量模块10以及安装在抽水蓄能电站的抽水蓄能机组的大轴上的测速齿盘20。
其中，所述测速齿盘为等距切割而成的圆形锯齿状，包括齿顶21和齿底22。在图2所示的具体实施例中，所述齿盘为20等分圆，包括10个齿底，10个齿顶，此处仅为举例，在不同的实施方式中，测速齿盘可为不同数目的等分圆。
所述模拟测量模块10包括：
多个指向所述大轴轴心方向的探头11，用于输出脉冲信号。在本发明的一种实施方式中，当所述探头与所述齿顶相对时，所述探头输出的脉冲信号为高电平信号，当所述探头与所述齿底相对时，所述探头输出的脉冲信号为低电平信号。
在本发明中，所述多个探头需并列安装在一个齿顶的范围内。图7为本发明提供的具体实施例中齿盘探头安装示意图，请参阅图7，在该具体的实施例中，探头的数目为3，三个探头均安装在一个齿顶的范围内。
与所述多个探头相连接的模拟测量部件12，用于根据所述脉冲信号生成脉冲矩阵，根据所述脉冲矩阵输出所述抽水蓄能机组的旋向检测结果。
图3为本发明提供的一种抽水蓄能机组的旋向检测装置中模拟测量部件的结构示意图，请参阅图3，所述模拟测量部件包括：
矩阵生成单元31，用于根据多个探头发送的脉冲信号生成脉冲矩阵。图4为本发明提供的一种抽水蓄能机组的旋向检测装置中矩阵生成单元的结构示意图，请参阅图4，该单元包括：
信号接收单元41，用于接收所述多个探头发送的脉冲信号。
信号转换单元42，用于当所述脉冲信号为高电平信号时，转换为1，当所述脉冲信号为低电平信号时，转换为0；
信号选取单元43，用于从转换后的多个探头发送的脉冲信号中选取出目标信号，所述目标信号包括多组信号；
矩阵确定单元44，用于根据所述目标信号生成脉冲矩阵。
在本发明的具体实施例中，诸如图5至图7所示的具体实施例中，所述齿盘为20等分圆，包括10个齿底，10个齿顶，所述齿盘的不等分率<＝0.05，齿宽>20mm，齿厚>20mm，所述探头为3个。则信号接收单元接收到的是多组数据，设为(x，y，z)，则当抽水蓄能机组开始旋转时，诸如设信号接收单元接收到的第一组数据为(高电平信号,高电平信号,高电平信号)，则经信号转换单元转换后变为(1,1,1)。随着机组的不停旋转，依次收到不同组的数据，这些数据应当是成周期性的，即当抽水蓄能机组旋转一周结束时，会又收到一组数据，该组数据与信号接收单元接收到的第一组数据相同，经信号转换单元转换后又变为(1,1,1)。因此，信号选取单元选取的目标信号应当为这样的多组信号，即：将信号转换单元转换后的多组信号中选取出能代表一个周期的多组信号。以图5为例，在该实施例中，诸如：当检测到3个探头的测值均为1时，继续检测探头的测值，直至第2次检测到3个探头的测值均为1，如此得到目标信号。
预设信号存储单元32，用于存储顺时针矩阵以及逆时针矩阵，所述顺时针矩阵是根据所述大轴顺时针旋转一周时所述多个探头发送的脉冲信号生成的，所述逆时针矩阵是根据所述大轴顺时针旋转一周时所述多个探头发送的脉冲信号生成的。
下面以抽水蓄能机组逆时针旋转为例，详述逆时针矩阵、顺时针矩阵的生成过程。以图5至图7所示的具体实施例为例进行说明。在该实施例中，所述齿盘为20等分圆，包括10个齿底，10个齿顶，所述齿盘的不等分率<＝0.05，齿宽>20mm，齿厚>20mm，所述探头为3个。首先设计一个变量Dir_x来表示探头1,2,3的状态，
即：Dir_x＝[探头1状态，探头2状态，探头3状态]。
图8至图13为本发明提供的具体实施例中大轴逆时针旋转探头状态变化图，该过程展示了大轴逆时针旋转一周时探头与齿盘的相对位置变化过程。
如图8所示：此时Dir_1＝[1,1,1]；
如图9所示：此时Dir_2＝[1,1,0]；
如图10所示：此时Dir_3＝[1,0,0]；
如图11所示：此时Dir_4＝[0,0,0]；
如图12所示：此时Dir_5＝[0,0,1]；
如图13所示：此时Dir_6＝[0,1,1]。
因此可以总结出大轴逆时针旋转一周时，探头的状态变化过程如下表2所示：
表2
1 2 3 4 5 6 7
探头1 1 1 1 0 0 0 1
探头2 1 1 0 0 0 1 1
探头3 1 0 0 0 1 1 1
令Dir＝[Dir_1，Dir_2，Dir_3，Dir_4，Dir_5，Dir_6]，因此上表2可以简化为Dir-表示机抽水蓄能组逆时针旋转时的矩阵即逆时针矩阵，表达式如下式(1)所示：
图14至图19为本发明提供的具体实施例中大轴顺时针旋转探头状态变化图，该过程展示了大轴顺时针旋转一周时探头与齿盘的相对位置变化过程。
如图14所示：此时Dir_1＝[1,1,1]；
如图15所示：此时Dir_2＝[0,1,1]；
如图16所示：此时Dir_3＝[0,0,1]；
如图17所示：此时Dir_4＝[0,0,0]；
如图18所示：此时Dir_5＝[1,0,0]；
如图19所示：此时Dir_6＝[1,1,0]；
因此可以总结出大轴顺时针旋转一周时，探头的状态变化过程如下表3所示：
表3
1 2 3 4 5 6 7
探头1 1 0 0 0 1 1 1
探头2 1 1 0 0 0 1 1
探头3 1 1 1 0 0 0 1
因此上表3可以简化为Dir+表示机组顺时针旋转时的矩阵即顺时针矩阵，表达式如下式(2)所示：
旋向检测单元33，用于将所述脉冲矩阵与所述顺时针矩阵进行取与运算，当取与运算得到的结果为1时，则生成顺时针旋转的旋向检测结果，否则，将所述脉冲矩阵与所述逆时针矩阵进行取与运算，当取与运算得到的结果为1时，则生成逆时针旋转的旋向检测结果。
在图5所示的实施例中，图23为该具体实施例中抽水蓄能机组的旋向检测逻辑示意图，启动旋转方向检测后，当检测到3个探头的测值均为1时，将探头测值赋值给变量Pos，继续检测探头的测值，当有1个或多个探头发生测值变化后记录每次变化值并赋值给Pos，当检测到3个探头的测值均为0时，将探头测值赋值给变量Pos，继续检测探头的测值，当有1个或多个探头发生测值变化后记录每次变化值并赋值给Pos，直至第2次检测到3个探头的测值均为1。
对Pos和Dir+矩阵的元素分别取与运算，得1则确定机组旋转方向为顺时针。
对Pos和Dir-矩阵的元素分别取与运算，得1则确定机组旋转方向为逆时针。此处提及的POS存储的，即为脉冲矩阵。
再具体的实施例中，可定义三个变量(x,y,z)来检测探头1,2,3的瞬时测值，定义矩阵pos来存储(x,y,z)的状态，然后定义1个变量a来存放机组旋向，a＝1为顺时针，a＝-1为逆时针。
定义两个函数negedge和posedge，其中negedge是检测变量的下降沿，当变量从1变换为0的瞬间输出1；其中posedge是检测变量的上降沿，当变量从0变换为1的瞬间输出1。
检测程序如下表4所示：
表4
如上所述即为本发明提供的一种抽水蓄能机组的旋向检测装置以及系统，通过实时检测机组的旋转方向能精确的确定机组的运行工况，有效控制机组的辅助设备运行；保证如机组分段关闭等装置运行的可靠性，确保机组在水轮机和水泵方向导叶关闭规律能够按照设计要求关闭。确保机组安全稳定运行。
此外，尽管在上文详细描述中提及了系统的若干单元模块，但是这种划分仅仅并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多单元的特征和功能可以在一个单元中具体化。同样，上文描述的一个单元的特征和功能也可以进一步划分为由多个单元来具体化。以上所使用的术语“模块”和“单元”，可以是实现预定功能的软件和/或硬件。尽管以下实施例所描述的模块较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
在介绍了本发明示例性实施装置之后，接下来，参考附图对本发明示例性实施方式的方法进行介绍。该方法的实施可以参见上述整体的实施，重复之处不再赘述。
图20为本发明提供的一种抽水蓄能机组的旋向检测方法的流程示意图，请参见图20，本发明提供的旋向检测方法应用于抽水蓄能电站，所述旋向检测装置包括模拟测量模块10以及安装在抽水蓄能电站的抽水蓄能机组的大轴上的测速齿盘20。该方法包括：
S101：多个指向所述大轴轴心方向的探头输出脉冲信号。在本发明的一种实施方式中，当所述探头与所述齿顶相对时，所述探头输出的脉冲信号为高电平信号，当所述探头与所述齿底相对时，所述探头输出的脉冲信号为低电平信号。
S102：与所述多个探头相连接的模拟测量部件根据所述脉冲信号生成脉冲矩阵，根据所述脉冲矩阵输出所述抽水蓄能机组的旋向检测结果。
图21为图20中的步骤S102的流程示意图，请参阅图21，该步骤件包括：
S201：所述模拟测量部件根据多个探头发送的脉冲信号生成脉冲矩阵。图22为图21中的步骤S201的流程示意图，请参阅图22，该步骤包括：
S301：所述模拟测量部件接收所述多个探头发送的脉冲信号；
S302：当所述脉冲信号为高电平信号时，转换为1，当所述脉冲信号为低电平信号时，转换为0；
S303：从转换后的多个探头发送的脉冲信号中选取出目标信号，所述目标信号包括多组信号；
S304：根据所述目标信号生成脉冲矩阵。
在本发明的具体实施例中，诸如图5至图7所示的具体实施例中，所述齿盘为20等分圆，包括10个齿底，10个齿顶，所述齿盘的不等分率<＝0.05，齿宽>20mm，齿厚>20mm，所述探头为3个。则信号接收单元接收到的是多组数据，设为(x，y，z)，则当抽水蓄能机组开始旋转时，诸如设信号接收单元接收到的第一组数据为(高电平信号,高电平信号,高电平信号)，则经信号转换单元转换后变为(1,1,1)。随着机组的不停旋转，依次收到不同组的数据，这些数据应当是成周期性的，即当抽水蓄能机组旋转一周结束时，会又收到一组数据，该组数据与信号接收单元接收到的第一组数据相同，经信号转换单元转换后又变为(1,1,1)。因此，信号选取单元选取的目标信号应当为这样的多组信号，即：将信号转换单元转换后的多组信号中选取出能代表一个周期的多组信号。以图5为例，在该实施例中，诸如：当检测到3个探头的测值均为1时，继续检测探头的测值，直至第2次检测到3个探头的测值均为1，如此得到目标信号。
步骤S102还包括：
S201：获取存储的顺时针矩阵以及逆时针矩阵，所述顺时针矩阵是根据所述大轴顺时针旋转一周时所述多个探头发送的脉冲信号生成的，所述逆时针矩阵是根据所述大轴顺时针旋转一周时所述多个探头发送的脉冲信号生成的。
下面以抽水蓄能机组逆时针旋转为例，详述逆时针矩阵、顺时针矩阵的生成过程。以图5至图7所示的具体实施例为例进行说明。在该实施例中，所述齿盘为20等分圆，包括10个齿底，10个齿顶，所述齿盘的不等分率<＝0.05，齿宽>20mm，齿厚>20mm，所述探头为3个。首先设计一个变量Dir_x来表示探头1,2,3的状态，
即：Dir_x＝[探头1状态，探头2状态，探头3状态]。
图8至图13为本发明提供的具体实施例中大轴逆时针旋转探头状态变化图，该过程展示了大轴逆时针旋转一周时探头与齿盘的相对位置变化过程。
如图8所示：此时Dir_1＝[1,1,1]；
如图9所示：此时Dir_2＝[1,1,0]；
如图10所示：此时Dir_3＝[1,0,0]；
如图11所示：此时Dir_4＝[0,0,0]；
如图12所示：此时Dir_5＝[0,0,1]；
如图13所示：此时Dir_6＝[0,1,1]。
因此可以总结出大轴逆时针旋转一周时，探头的状态变化过程如表2所示。
令Dir＝[Dir_1，Dir_2，Dir_3，Dir_4，Dir_5，Dir_6]，因此表2可以简化为Dir-表示机抽水蓄能组逆时针旋转时的矩阵即逆时针矩阵，表达式如式(1)所示。
图14至图19为本发明提供的具体实施例中大轴顺时针旋转探头状态变化图，该过程展示了大轴顺时针旋转一周时探头与齿盘的相对位置变化过程。
如图14所示：此时Dir_1＝[1,1,1]；
如图15所示：此时Dir_2＝[0,1,1]；
如图16所示：此时Dir_3＝[0,0,1]；
如图17所示：此时Dir_4＝[0,0,0]；
如图18所示：此时Dir_5＝[1,0,0]；
如图19所示：此时Dir_6＝[1,1,0]；
因此可以总结出大轴顺时针旋转一周时，探头的状态变化过程如表3所示。
因此表2可以简化为Dir+表示机组顺时针旋转时的矩阵即顺时针矩阵，表达式如式(2)所示。
S203：将所述脉冲矩阵与所述顺时针矩阵进行取与运算，当取与运算得到的结果为1时，则生成顺时针旋转的旋向检测结果，否则，将所述脉冲矩阵与所述逆时针矩阵进行取与运算，当取与运算得到的结果为1时，则生成逆时针旋转的旋向检测结果。
在图5所示的实施例中，图23为该具体实施例中抽水蓄能机组的旋向检测逻辑示意图，启动旋转方向检测后，当检测到3个探头的测值均为1时，将探头测值赋值给变量Pos，继续检测探头的测值，当有1个或多个探头发生测值变化后记录每次变化值并赋值给Pos，当检测到3个探头的测值均为0时，将探头测值赋值给变量Pos，继续检测探头的测值，当有1个或多个探头发生测值变化后记录每次变化值并赋值给Pos，直至第2次检测到3个探头的测值均为1。
对Pos和Dir+矩阵的元素分别取与运算，得1则确定机组旋转方向为顺时针。
对Pos和Dir-矩阵的元素分别取与运算，得1则确定机组旋转方向为逆时针。此处提及的POS存储的，即为脉冲矩阵。
再具体的实施例中，可定义三个变量(x,y,z)来检测探头1,2,3的瞬时测值，定义矩阵pos来存储(x,y,z)的状态，然后定义1个变量a来存放机组旋向，a＝1为顺时针，a＝-1为逆时针。
定义两个函数negedge和posedge，其中negedge是检测变量的下降沿，当变量从1变换为0的瞬间输出1；其中posedge是检测变量的上降沿，当变量从0变换为1的瞬间输出1。检测程序如表4所示。
如上所述即为本发明提供的一种抽水蓄能机组的旋向检测方法，通过实时检测机组的旋转方向能精确的确定机组的运行工况，有效控制机组的辅助设备运行；保证如机组分段关闭等装置运行的可靠性，确保机组在水轮机和水泵方向导叶关闭规律能够按照设计要求关闭，确保机组安全稳定运行。
本方案通过安装在大轴上的齿盘和3个测速探头来检测机组的旋向，在静态下分析机组在不同旋转方向时的探头位置矩阵Dir+和Dir-，在动态下检测机组的探头位置矩阵Pos，对Pos和Dir+矩阵的元素分别取与运算，得1则确定机组旋转方向为顺时针。对Pos和Dir-矩阵的元素分别取与运算，得1则确定机组旋转方向为逆时针。
应当注意，尽管在附图中以特定顺序描述了本发明方法的操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一般计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。
本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种抽水蓄能机组的旋向检测装置，其特征是，所述旋向检测装置应用于抽水蓄能电站，所述旋向检测装置包括模拟测量模块以及安装在抽水蓄能电站的抽水蓄能机组的大轴上的测速齿盘，
其中，所述测速齿盘为等距切割而成的圆形锯齿状，包括齿顶和齿底；
所述模拟测量模块包括：
多个指向所述大轴轴心方向的探头，用于输出脉冲信号；
与所述多个探头相连接的模拟测量部件，用于根据所述脉冲信号生成脉冲矩阵，根据所述脉冲矩阵输出所述抽水蓄能机组的旋向检测结果；
当所述探头与所述齿顶相对时，所述脉冲信号为高电平信号，当所述探头与所述齿底相对时，所述脉冲信号为低电平信号；
所述模拟测量部件包括：矩阵生成单元，用于根据多个探头发送的脉冲信号生成脉冲矩阵；预设信号存储单元，用于存储顺时针矩阵以及逆时针矩阵，所述顺时针矩阵是根据所述大轴顺时针旋转一周时所述多个探头发送的脉冲信号生成的，所述逆时针矩阵是根据所述大轴顺时针旋转一周时所述多个探头发送的脉冲信号生成的；旋向检测单元，用于将所述脉冲矩阵与所述顺时针矩阵进行取与运算，当取与运算得到的结果为1时，则生成顺时针旋转的旋向检测结果；否则，将所述脉冲矩阵与所述逆时针矩阵进行取与运算，当取与运算得到的结果为1时，则生成逆时针旋转的旋向检测结果；
所述矩阵生成单元包括：信号接收单元，用于接收所述多个探头发送的脉冲信号；信号转换单元，用于当所述脉冲信号为高电平信号时，转换为1，当所述脉冲信号为低电平信号时，转换为0；信号选取单元，用于从转换后的多个探头发送的脉冲信号中选取出目标信号，所述目标信号包括多组信号；矩阵确定单元，用于根据所述目标信号生成脉冲矩阵；
所述齿盘为20等分圆，包括10个齿底以及10个齿顶，所述齿盘的不等分率<＝0.05，齿宽>20mm，齿厚>20mm；所述多个探头安装在与所述大轴的同心圆的18°内；所述探头设置在离所述齿盘3mm至5mm处。
2.根据权利要求1所述的旋向检测装置，其特征是，所述多个探头并列安装在一个所述齿顶的范围内。
3.一种通过权利要求1至2任意一项所述的抽水蓄能机组的旋向检测装置进行抽水蓄能机组的旋向检测的方法，其特征是，所述方法应用于抽水蓄能电站，所述方法包括：
多个指向所述大轴轴心方向的探头输出脉冲信号；
与所述多个探头相连接的模拟测量部件根据所述脉冲信号生成脉冲矩阵，根据所述脉冲矩阵输出所述抽水蓄能机组的旋向检测结果。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征是，所述模拟测量部件根据所述脉冲信号生成脉冲矩阵，根据所述脉冲矩阵输出所述抽水蓄能机组的旋向检测结果包括：
所述模拟测量部件根据多个探头发送的脉冲信号生成脉冲矩阵；
获取存储的顺时针矩阵以及逆时针矩阵，所述顺时针矩阵是根据所述大轴顺时针旋转一周时所述多个探头发送的脉冲信号生成的，所述逆时针矩阵是根据所述大轴顺时针旋转一周时所述多个探头发送的脉冲信号生成的；
将所述脉冲矩阵与所述顺时针矩阵进行取与运算，当取与运算得到的结果为1时，则生成顺时针旋转的旋向检测结果，否则，将所述脉冲矩阵与所述逆时针矩阵进行取与运算，当取与运算得到的结果为1时，则生成逆时针旋转的旋向检测结果。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征是，所述模拟测量部件根据多个探头发送的脉冲信号生成脉冲矩阵包括：
所述模拟测量部件接收所述多个探头发送的脉冲信号；
当所述脉冲信号为高电平信号时，转换为1，当所述脉冲信号为低电平信号时，转换为0；
从转换后的多个探头发送的脉冲信号中选取出目标信号，所述目标信号包括多组信号；
根据所述目标信号生成脉冲矩阵。
6.一种抽水蓄能机组的旋向检测系统，其特征是，所述抽水蓄能机组的旋向检测系统包括抽水蓄能电站以及如权利要求1至2任意一项所述的抽水蓄能机组的旋向检测装置。
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