CN108361157A - 一种基于嵌入式系统的风力发电机运行状态监测系统 - Google Patents

一种基于嵌入式系统的风力发电机运行状态监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于嵌入式系统的风力发电机运行状态监测系统，包括：风力发电机，风力发电机为三相发电机；AC‑DC稳压电源，与风力发电机相连；综合电量模块，包括电流互感器、电压互感器、计量芯片电路，电流互感器到的采集风力发电机的三相电流以及电压互感器用于采集到的风力发电机的三相电压传输到计量芯片电路；微处理器，与综合电量模块相连，用于接收计量芯片电路发送来的三相电流和三相电压数据；数据显示模组，与微处理器相连，搭载嵌入式系统，用于显示综合电量模块采集到的数据。本发明设计的一种监测系统，实现了风力发电机运行状态的可视化，并且克服了传统技术监测可靠性不高、数据传输不及时、系统运行安全性不高等的缺点。

Description

一种基于嵌入式系统的风力发电机运行状态监测系统
技术领域
本发明属风力发电领域，尤其涉及到一种基于嵌入式系统的风电发电机运行状态监测系统，主要应用在风电机组的运行状态监测及可视化设计方面。
背景技术
风力发电机是风电机组中的核心部件，风力发电机将风能转换成机械能然后转换为电能进行输出的关键，若风力发电机出现故障会对人身安全以及经济造成无法估计的影响，因此近年来对风力发电机进行状态监测的研究也十分热门，如利用PLC技术、传感器技术、单片机技术等等。
利用现有的这些技术对风力发电机的运行状态可视化进行设计，如16位单片机等技术存在其数据运算与分析能力有限，系统的安全性和实时性不高的缺点。这样就无法保证风力发电机的运行可靠性，无法及时发现并处理风力发电机的故障，以至于造成对电网的影响和波动，造成难以估量的损失。
发明内容
本发明提供了一种基于嵌入式系统的风力发电机运行状态监测系统，有效解决了对风力发电机运行状态监测数据运算和分析能力有限，系统的安全性和可靠性不高的缺点，并且可以实现多线程、多进程操作。为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：本发明涉及到一种基于嵌入式系统的风力发电机运行状态监测系统，包括：
风力发电机，所述风力发电机为三相发电机；
AC-DC稳压电源，通过线路与所述风力发电机相连；
综合电量模块，所述综合电量模块包括电流互感器、电压互感器、计量芯片电路，所述电流互感器到的采集风力发电机的三相电流以及所述电压互感器用于采集到的风力发电机的三相电压传输到计量芯片电路；
微处理器，与所述综合电量模块相连，用于接收计量芯片电路发送来的三相电流和三相电压数据；
数据显示模组，与所述微处理器相连，所述数据显示模组搭载嵌入式系统，用于显示所述综合电量模块采集到的数据。
进一步的，所述电流互感器包含有第一前段采样滤波电路，用于对采集的三相电流进行滤波；
所述电压互感器包含有第二前段采样滤波电路，用于对采集的三相电压进行滤波。
进一步的，所述计量芯片电路对滤波后的三相电流和三相电压进行AD转换后，发送给微处理器。
进一步的，微处理器通过数据通信模块与所述数据显示模组相连。
进一步的，风力发电机和AC-DC稳压电源之间的两个线路上依次均设有变压器和空气开关。
进一步的，还包括断路器，设置在风力发电机和AC-DC稳压电源之间的线路上。
进一步的，所述电压互感器和所述风力发电机连接的线路上设置有熔断器。
进一步的，电流互感器、电压互感器、计量芯片电路整体封装在一起。
本发明设计了一种基于嵌入式系统的风力发电机运行状态监测系统，实现了风力发电机运行状态的可视化，并且克服了传统技术对风力发电机运行状态监测可靠性不高、数据传输不及时、系统运行安全性不高等的缺点，实现了可靠、安全、实时的对电机运行状态的监测。本发明与传统监测系统相比，在数据测量阶段，没有采用传统的传感器、单片机技术以及PLC技术，而是采用集成化的数据测量模块，效率更高，可靠性更好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，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基于嵌入式系统的风力发电机运行状态监测系统的示意图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
本发明提供了一种基于嵌入式系统的风力发电机运行状态监测系统，参照图1所示，包括：
风力发电机，风力发电机为三相发电机；
AC-DC稳压电源，通过线路与风力发电机相连；
综合电量模块，综合电量模块包括电流互感器、电压互感器、计量芯片电路，电流互感器到的采集风力发电机的三相电流以及电压互感器用于采集到的风力发电机的三相电压传输到计量芯片电路；
微处理器，与综合电量模块相连，用于接收计量芯片电路发送来的三相电流和三相电压数据；
数据显示模组，与微处理器相连，数据显示模组搭载嵌入式系统，用于显示综合电量模块采集到的数据。
电流互感器包含有第一前段采样滤波电路，用于对采集的三相电流进行滤波；电压互感器包含有第二前段采样滤波电路，用于对采集的三相电压进行滤波。
进一步的，计量芯片电路对滤波后的三相电流和三相电压进行AD转换后，发送给微处理器。
在本发明中，微处理器通过数据通信模块与数据显示模组相连。风力发电机和AC-DC稳压电源之间的两个线路上依次均设有变压器和空气开关。电压互感器和风力发电机连接的线路上设置有熔断器。此外，风力发电机运行状态监测系统还包括断路器，设置在风力发电机和AC-DC稳压电源之间的线路上。图1示出了一实施例中的系统示意图，本发明的系统包括3组断路器、3组电流互感器、2组变压器、3组熔断器。
在本发明中，电流互感器、电压互感器、计量芯片电路整体封装在一起。微处理器为32位嵌入式高性能微处理器，其性能更高，实时性和可靠性更好，并且可以实现多进程、多线程运行。同时数据通信模块采用RS485/232的数据传输方式，将综合电量模块所采集的数据及时、可靠地传输给嵌入式系统，进行运行状态的可视化显示。
本发明的机理如下：风力发电机发出的三相电经由电流互感器采集三相电流，传输到电流互感器及前段采样滤波电路模块，经由电压互感器采集三相电压，传输到电压互感器及前段采样滤波电路模块，采集到的电参数数据采样滤波之后经AD转换传输到计量芯片电路，之后经SPI(Serial Peripheral Interface)传输至MCU对数据经行计算，可实现对发电电压、电流、功率因数等电参数的测量。其中A、C相接变压器、空气开关及AC-DC稳压电源给数据采集模块进行供电，熔断器、断路器起保护作用。
数据采集模块、数据传输模块、数据显示模块之间首先要达成协议实现互通，将PC机和开发板通过网线分别连接到交换机，虚拟机的网络连接选择桥接方式，这样可以依次被分配不同的IP地址；关闭三者的防火墙；确保三者处于同一网段之后，通过ping命令依次测试PC机和虚拟机、开发板互相之间可以实现通信。之后搭建嵌入式环境，为数据显示模块的界面编写做准备，根据系统版本和处理器型号，选择交叉编译器，然后设置编译器环境变量，最后执行source命令使环境变量生效。对根文件进行制作，首先创建目录和文件，然后为创建好的目录和文件建立管理，最终完成根文件系统的制作，生成镜像文件。之后完成嵌入式系统的移植，编写可视化界面，完成可视化界面的设计。
在一具体实施例中，综合电量模块为北京斯达森公司的基于ADE7758芯片的智能交流综合电量模块SMT18N。数据通信模块为半双工、一对多的远距离传输方式—RS485/RS232总线的数据传输方式，通信模块中需要用到RS485/RS232接口，且对此接口协议设置Modbus通信协议，以达到控制器之间、控制器与其他设备之间的相互通信。数据显示模组为mini2440嵌入式模块。
网络环境搭建是必要的前提，为实现PC机、虚拟机、开发板之间的相互通信，必须保证三者属于同一个网段保证ping通。嵌入式Linux环境搭建是基础条件，首先建立交叉编译环境，选择友善之臂提供维护的Superboot作为BootLoader，之后对Linux的内核进行配置，对根文件系统进行制作，选择友善之臂提供的嵌入式系统移植方法。
界面显示程序的设计包括界面显示程序的环境搭建以及电参数监测系统应用程序设计两部分。界面显示软件为Qt/Embedded，虚拟机与主机使用共享文件夹通信，虚拟机与开发板使用ftp文件传输协议，主机与开发板通过Secure CRT通信，对Qt进行编译，设置环境变量，设置开机自动加载，为后续的界面程序编写做准备。
本发明设计的一种基于嵌入式系统的风力发电机运行状态监测系统，实现了风力发电机运行状态的可视化，并且克服了传统技术对风力发电机运行状态监测可靠性不高、数据传输不及时、系统运行安全性不高等的缺点，实现了可靠、安全、实时的对电机运行状态的监测。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种基于嵌入式系统的风力发电机运行状态监测系统，其特征在于，包括：
风力发电机，所述风力发电机为三相发电机；
AC-DC稳压电源，通过线路与所述风力发电机相连；
综合电量模块，所述综合电量模块包括电流互感器、电压互感器、计量芯片电路，所述电流互感器到的采集风力发电机的三相电流以及所述电压互感器用于采集到的风力发电机的三相电压传输到计量芯片电路；
微处理器，与所述综合电量模块相连，用于接收计量芯片电路发送来的三相电流和三相电压数据；
数据显示模组，与所述微处理器相连，所述数据显示模组搭载嵌入式系统，用于显示所述综合电量模块采集到的数据。
2.如权利要求1所述的基于嵌入式系统的风力发电机运行状态监测系统，其特征在于，所述电流互感器包含有第一前段采样滤波电路，用于对采集的三相电流进行滤波；
所述电压互感器包含有第二前段采样滤波电路，用于对采集的三相电压进行滤波。
3.如权利要求2所述的基于嵌入式系统的风力发电机运行状态监测系统，其特征在于，所述计量芯片电路对滤波后的三相电流和三相电压进行AD转换后，发送给微处理器。
4.如权利要求1所述的基于嵌入式系统的风力发电机运行状态监测系统，其特征在于，微处理器通过数据通信模块与所述数据显示模组相连。
5.如权利要求1所述的基于嵌入式系统的风力发电机运行状态监测系统，其特征在于，风力发电机和AC-DC稳压电源之间的两个线路上依次均设有变压器和空气开关。
6.如权利要求1所述的基于嵌入式系统的风力发电机运行状态监测系统，其特征在于，还包括断路器，设置在风力发电机和AC-DC稳压电源之间的线路上。
7.如权利要求1所述的基于嵌入式系统的风力发电机运行状态监测系统，其特征在于，所述电压互感器和所述风力发电机连接的线路上设置有熔断器。
8.如权利要求1-7任意一所述的基于嵌入式系统的风力发电机运行状态监测系统，其特征在于，电流互感器、电压互感器、计量芯片电路整体封装在一起。
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