基于DSP的风力发电机电信号采集与故障诊断方法研究

摘要

风能作为一种可再生的清洁能源，日益受到人们的关注。随着风力发电技术的快速发展，装机容量的迅猛增加，风力发电机组的故障监测与诊断已成为急需解决的热点问题。由于风电场地处偏远，机组之间距离分散及安装位置较高，导致振动检测方法难以实施和推广。利用发电机的电信号进行故障分析是一个较为有效的途径，且国内外对能实现多参数实时采集与信号处理的故障诊断装置研究较少。
　　本文研究采用风力发电机电信号对风电机组传动链进行故障检测与诊断，通过利用故障信息是同时刻(即同相位)调制在电压和电流信号上这一特点，分别对电压和电流信号做Hilbert变换获取调制故障信号，然后将两个调制成分直接相乘得到一种称为瞬时解调功率信号，避免了复杂的相位差计算过程，提高计算效率。为了研究该方法在风力发电机组故障诊断中应用中的可行性，设计了仿真模型和专用的模拟实验台，进行了齿轮断齿故障的仿真及实验研究。同时采用专用的数字信号处理芯片DSP，通过对芯片外设进行扩展，如A/D、D/A、以及片外存储器Flash、SRAM等，设计了专用的数据采集与信号处理器。根据Matlab程序的算法流程，设计了Hilbert及瞬时解调功率法的C语言程序，并在模拟实验台上进行实验。
　　仿真与实验的结果表明，利用DSP信号处理器结合瞬时解调功率法对风电机组故障进行实时监测和诊断，可以综合反映电流和电压信号中的机械故障特征成分，有效地抑制电流信号中的高频干扰部分，突出故障特征频率，是一种有效、实用的电信号处理方法，能够应用于风力发电系统的故障诊断中。

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第1章 绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.2课题来源

1.3电信号故障诊断方法的研究现状

1.4 DSP芯片在信号处理中的应用

1.5课题主要研究内容

第2章 故障信号提取的原理

2.1齿轮副动力学模型

2.2信号处理的基本原理

2.3瞬时解调功率法

2.4本章小结

第3章 系统硬件设计

3.1系统硬件组成及原理

3.2 DSP芯片选择及性能

3.3以DSP为核心的控制电路设计

3.4 DSP外部存储器扩展

3.5电路板的合理布线

3.6本章小结

第4章 系统软件设计

4.1 AD模块程序设计

4.2瞬时解调功率法程序设计

4.3本章小结

第5章 仿真与实验研究

5.1风力发电机组系统仿真模型

5.2风力发电机传动链系统仿真结果分析

5.3实验台的建立与数据采集系统

5.4实验与结果分析

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢