CN203464957U - 一种离网风力发电系统运行状态监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种离网风力发电系统运行状态监测装置，包括：信号检测电路和DSP控制器；所述信号检测电路的输出端接入所述DSP控制器的AD采样端口。本实用新型的有益效果：在线监测可以实时获取关键部位信息，及时发现隐患，避免恶性故障；在线监测获取的运行数据，为设计人员后续优化、升级以及生产厂家后续的改造都提供了必要的参考；在线监测装置设计了良好的人机界面，使用户清晰地了解机组信息。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种风力发电机运行状态检测装置，尤其涉及一种离网风力发电系统运行状态监测装置。
背景技术
风力发电运行环境恶劣，监测关键部位运行状况，是有效遏制重大事故、确保机组安全运行的重要手段。风力发电机组一般采用计划维修，维护成本较高，不仅造成不必要的停机，且计划维修难以全面了解机组运行信息。因此，研究在线监测装置，对风力发电的安全运行、降低成本有重要意义。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提出了一种离网风力发电系统运行状态监测装置。在线监测装置能够实时监测机组运行状况，及时发现隐患，并且自动做出相应处理。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种离网风力发电系统运行状态监测装置，包括：信号检测电路和DSP控制器；所述信号检测电路的输出端接入所述DSP控制器的AD采样端口。
所述信号检测电路包括：振动检测电路、温度检测电路、电压检测电路、电流检测电路。所述振动检测电路和温度检测电路用于检测风力发电系统轴承的振动信号和温度信号；所述电压检测电路、电流检测电路和温度检测电路分别用于检测风力发电系统发电机和电气系统的电压、电流和温度信号。
所述振动检测电路包括：三轴加速度传感器、电容C3-C5、电容C12、低通滤波电路一、高通滤波电路和信号调理电路一。
所述三轴加速度传感器的6号引脚接+3.3V电源、5号引脚接地，电容C3串接在所述三轴加速度传感器的5号引脚和6号引脚之间，所述三轴加速度传感器的7号引脚、9-11号引脚分别接入所述DSP控制器的GPIOA1-GPIOA4端口，所述三轴加速度传感器的2号引脚、3号引脚和4号引脚分别与所述低通滤波电路一、高通滤波电路和信号调理电路一依次串联连接；所述电容C4一端与所述三轴加速度传感器的2号引脚连接、另一端接地，所述电容C5一端与所述三轴加速度传感器的3号引脚连接、另一端接地，所述电容C12一端与所述三轴加速度传感器的4号引脚连接、另一端接地。
所述低通滤波电路一包括：运算放大器一、电容C6-C7、电阻R15、电阻R20和电阻R23； 所述运算放大器一的3号引脚与所述电容C6串联后接地，所述运算放大器一的2号引脚与所述电阻R20串联后接地，所述运算放大器一的8号引脚接+5V电源、4号引脚接-5V电源，所述电容C7与所述电阻R15串联后接在所述运算放大器一的1号引脚和3号引脚之间，所述电阻R23串接在所述运算放大器一的1号引脚和2号引脚之间，所述运算放大器一的1号引脚与所述高通滤波电路连接。
所述高通滤波电路包括：电容C8和电阻R17；所述电容C8和电阻R17串联连接后接地。
所述信号调理电阻包括：所述运算放大器一、电阻R25和可变电阻R18；所述运算放大器一的5号引脚与所述高通滤波电路连接，所述运算放大器一的6号引脚与所述电阻R25串联后接地，所述可变电阻R18串接在所述运算放大器一的6号引脚和7号引脚之间，所述运算放大器一的7号引脚接入所述DSP控制器的AD采样端口。
所述电流检测电路包括：电流传感器、电阻R5-R6、电容C7、电容C9、射极跟随器、信号调理电路二、低通滤波电路二和二极管D4-D6。
所述电流传感器的4号引脚和5号引脚串接到被测电路中，所述电流传感器的1号引脚接+5V电源、2号引脚接地、3号引脚与电阻R5、二极管D4串联后与所述射极跟随器、信号调理电路二和低通滤波电路二依次串联连接；所述电阻R6一端连接在所述电阻R5和二极管D4之间，另一端接地，所述电容C9一端与所述二极管D4的输出端连接，另一端接地；所述二极管D5和D6同向串联后，一端接3.3V电源，另一端接地；所述低通滤波电路二接在所述二极管D5和D6之间。
所述射极跟随器包括运算放大器二，所述运算放大器二的1号引脚与2号引脚连接、4号引脚接+15V电源、11号引脚接-15V电源、3号引脚与所述二极管的阴极相连。
所述信号调理电路二包括：电阻R7-R9和运算放大器二；所述运算放大器二的13号引脚接电阻R7、12号引脚接地，所述电阻R8的一端接在所述电阻R7和所述运算放大器二13号引脚之间，另一端接地，所述电阻R9串接在所述运算放大器二13号引脚和14号引脚之间。
所述低通滤波电路二包括：所述运算放大器二的6号引脚与电阻R10和电阻R12串联、5号引脚接地，电容C8串联在所述运算放大器二的7号引脚和6号引脚之间，电容C11的一端连接在所述电阻R10和电阻R12之间，另一端接地，电阻R11的一端连接在所述电阻R10和电阻R12之间，另一端接所述运算放大器二7号引脚。
所述运算放大器一的型号为TL062，包括2个运算放大单元；所述运算放大器二的型号为TL074，包括4个运算放大单元。
本实用新型的有益效果是：
1.在线监测可以实时获取关键部位信息，及时发现隐患，避免恶性故障。
2.在线监测获取的运行数据，为设计人员后续优化、升级以及生产厂家后续的改造都提供了必要的参考。
3.在线监测装置设计了良好的人机界面，使用户清晰地了解机组信息。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型的振动检测电路图；
图3是本实用新型的电流检测电路图。
其中，1.低通滤波电路一，2.高通滤波电路，3.信号调理电路一，4.射极跟随器，5.信号调理电路二，6.低通滤波电路二。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明：
如图1所示，一种离网风力发电系统运行状态监测装置，包括：信号检测电路和DSP控制器；所述信号检测电路的输出端接入所述DSP控制器的AD采样端口。
离网小型风力发电系统主要由风轮、永磁直驱发电机、电气控制系统组成。
信号检测电路包括：振动检测电路、温度检测电路、电压检测电路、电流检测电路。振动检测电路和温度检测电路用于检测风力发电系统轴承的振动信号和温度信号；电压检测电路、电流检测电路和温度检测电路分别用于检测风力发电系统发电机和电气系统的电压、电流和温度信号。
如图2所示，振动检测电路包括：三轴加速度传感器、电容C3-C5、电容C12、低通滤波电路一1、高通滤波电路2和信号调理电路一3。传感器信号经二阶低通滤波电路一1、高通滤波电路2，有效消除高、低频噪声干扰，再经同相放大调理至DSP适合的电平。
三轴加速度传感器的6号引脚接+3.3V电源、5号引脚接地，电容C3串接在所述三轴加速度传感器的5号引脚和6号引脚之间，三轴加速度传感器的7号引脚、9-11号引脚分别接入DSP控制器的GPIOA1-GPIOA4端口，三轴加速度传感器的2号引脚、3号引脚和4号引脚分别与低通滤波电路一1、高通滤波电路2和信号调理电路一3依次串联连接；电容C4一端与三轴加速度传感器的2号引脚连接、另一端接地，电容C5一端与所述三轴加速度传感器的3号引脚连接、另一端接地，电容C12一端与所述三轴加速度传感器的4号引脚连接、另一端接地。
运算放大器一的型号为TL062，包括A、B两个运算放大单元。
如图3所示，
电流检测电路包括：电流传感器、电阻R5-R6、电容C7、电容C9、射极跟随器4、信号调理电路二5、低通滤波电路二6和二极管D4-D6。传感器信号首先经过射极跟随器4提高带负载能力，再经反相加法器将信号调理至DSP接受电平，最后经过巴特沃斯低通滤波后，输出给DSP。
电流传感器的4号引脚和5号引脚串接到被测电路中，电流传感器的1号引脚接+5V电源、2号引脚接地、3号引脚与电阻R5、二极管D4串联后与射极跟随器4、信号调理电路二5和低通滤波电路二6依次串联连接；电阻R6一端连接在所述电阻R5和二极管D4之间，另一端接地，电容C9一端与所述二极管D4的输出端连接，另一端接地；二极管D5和D6同向串联后，一端接3.3V电源，另一端接地；低通滤波电路二6接在二极管D5和D6之间。
运算放大器二的型号为TL074，包括4个运算放大单元。
1.风轮轴承故障监测
小型风力发电叶片较小，质量轻，发生叶片疲劳裂纹的概率较小，风轮故障主要发生在风轮与发电机连接的轴承位置。
小型风电运行在变载荷环境，室外环境恶劣，容易发生轴承弯曲变形、轴承过热。如果载荷突变过大，还容易造成轴承前后窜动，对发电机造成冲击。
轴承的监测方法是：
（1）位移传感器检测轴承前后窜动情况。
（2）振动传感器检测轴承振动情况。
（3）温度传感器检测轴承温度信息。
采集信号的处理方法为：
对采集的信号进行时域分析，计算最小值、最大值、平均值、有效值，进行初步判断。再由短时傅里叶变换，提取特征频率，对故障信号进一步确认。
2.发电机故障监测
发电机运行在变工况环境中，容易发生震动过大、发电机过热、定子短路状况。
发电机故障检测方法为：分析发电机输出电流的有效值、最大值、最小值对故障信号初步判断。如果超出设定阈值，进一步利用短时傅里叶变换，得到输出电流的谐波分量，对故障特征进行识别。
3.电气控制系统故障监测
电气控制系统部件较多，发生故障概率较大，常见的故障是短路、过电压、过电流、过 热故障。
电气系统故障监测方法是：监测关键位置电压、电流、输出功率信号，分析采集信号的平均值、有效值、最大值、最小值，与正常阈值进行对比分析，判断故障是否发生。
4.故障信息判断
本实用新型采用基于模糊决策的判决方法，对输入的信号进行分析、推理、解析，准确区别故障现象、正常现象。
上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。
Claims (8)
1.一种离网风力发电系统运行状态监测装置，其特征是，包括：信号检测电路和DSP控制器；所述信号检测电路的输出端接入所述DSP控制器的AD采样端口；
所述信号检测电路包括：振动检测电路、温度检测电路、电压检测电路、电流检测电路；所述振动检测电路和温度检测电路用于检测风力发电系统轴承的振动信号和温度信号；所述电压检测电路、电流检测电路和温度检测电路分别用于检测风力发电系统发电机和电气系统的电压、电流和温度信号。
2.如权利要求1所述的一种离网风力发电系统运行状态监测装置，其特征是，所述振动检测电路包括：三轴加速度传感器、电容C3-C5、电容C12、低通滤波电路一、高通滤波电路和信号调理电路一；
所述三轴加速度传感器的6号引脚接+3.3V电源、5号引脚接地，电容C3串接在所述三轴加速度传感器的5号引脚和6号引脚之间，所述三轴加速度传感器的7号引脚、9-11号引脚分别接入所述DSP控制器的GPIOA1-GPIOA4端口，所述三轴加速度传感器的2号引脚、3号引脚和4号引脚分别与所述低通滤波电路一、高通滤波电路和信号调理电路一依次串联连接；所述电容C4一端与所述三轴加速度传感器的2号引脚连接、另一端接地，所述电容C5一端与所述三轴加速度传感器的3号引脚连接、另一端接地，所述电容C12一端与所述三轴加速度传感器的4号引脚连接、另一端接地。
3.如权利要求2所述的一种离网风力发电系统运行状态监测装置，其特征是，所述低通滤波电路一包括：运算放大器一、电容C6-C7、电阻R15、电阻R20和电阻R23；所述运算放大器一的3号引脚与所述电容C6串联后接地，所述运算放大器一的2号引脚与所述电阻R20串联后接地，所述运算放大器一的8号引脚接+5V电源、4号引脚接-5V电源，所述电容C7与所述电阻R15串联后接在所述运算放大器一的1号引脚和3号引脚之间，所述电阻R23串接在所述运算放大器一的1号引脚和2号引脚之间，所述运算放大器一的1号引脚与所述高通滤波电路连接。
4.如权利要求2所述的一种离网风力发电系统运行状态监测装置，其特征是，所述高通滤波电路包括：电容C8和电阻R17；所述电容C8和电阻R17串联连接后接地。
5.如权利要求2所述的一种离网风力发电系统运行状态监测装置，其特征是，所述信号调理电路一包括：运算放大器一、电阻R25和可变电阻R18；所述运算放大器一的5号引脚与所述高通滤波电路连接，所述运算放大器一的6号引脚与所述电阻R25串联后接地，所述可变电阻R18串接在所述运算放大器一的6号引脚和7号引脚之间，所述运算放大器一的7号引脚接入所述DSP控制器的AD采样端口。
6.如权利要求1所述的一种离网风力发电系统运行状态监测装置，其特征是，所述电流检测电路包括：电流传感器、电阻R5-R6、电容C7、电容C9、射极跟随器、信号调理电路二、低通滤波电路二和二极管D4-D6；
所述电流传感器的4号引脚和5号引脚串接到被测电路中，所述电流传感器的1号引脚接+5V电源、2号引脚接地、3号引脚与电阻R5、二极管D4串联后与所述射极跟随器、信号调理电路二和低通滤波电路二依次串联连接；所述电阻R6一端连接在所述电阻R5和二极管D4之间，另一端接地，所述电容C9一端与所述二极管D4的输出端连接，另一端接地；所述二极管D5和D6同向串联后，一端接3.3V电源，另一端接地；所述低通滤波电路二接在所述二极管D5和D6之间。
7.如权利要求6所述的一种离网风力发电系统运行状态监测装置，其特征是，所述射极跟随器包括运算放大器二，所述运算放大器二的1号引脚与2号引脚连接、4号引脚接+15V电源、11号引脚接-15V电源、3号引脚与所述二极管的阴极相连；
所述信号调理电路二包括：电阻R7-R9和所述运算放大器二；所述运算放大器二的13号引脚接电阻R7、12号引脚接地，所述电阻R8的一端接在所述电阻R7和所述运算放大器二13号引脚之间，另一端接地，所述电阻R9串接在所述运算放大器二13号引脚和14号引脚之间；
所述低通滤波电路二包括：所述运算放大器二的6号引脚与电阻R10和电阻R12串联、5号引脚接地，电容C8串联在所述运算放大器二的7号引脚和6号引脚之间，电容C11的一端连接在所述电阻R10和电阻R12之间，另一端接地，电阻R11的一端连接在所述电阻R10和电阻R12之间，另一端接所述运算放大器二7号引脚。
8.如权利要求3或7所述的一种离网风力发电系统运行状态监测装置，其特征是，所述运算放大器一的型号为TL062，所述运算放大器二的型号为TL074。
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|---|---|---|---|---|
| CN103852723A (zh) * | 2014-03-28 | 2014-06-11 | 西安热工研究院有限公司 | 一种风力发电机状态监测装置及监测方法 |
| CN108444703A (zh) * | 2018-03-15 | 2018-08-24 | 上海士翌测试技术有限公司 | 三向智能传感装置 |
| CN112649044A (zh) * | 2020-12-08 | 2021-04-13 | 湖南科技大学 | 三轴振动温度传感器及其接口电路 |
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