一种风电机组典型谐波发射模态监测装置的制作方法

本发明涉及谐波模态监测领域，具体是指一种风电机组典型谐波发射模态监测装置。

背景技术：

电力电子器件的普及应用使得电网的谐波含量增加，同时越来越多的精密仪器对电能质量的要求越来越高，谐波含量过高将严重影响电网的安全运行，谐波问题已经成为了供用电双方共同关注的问题。风力发电系统主要由风力机和发电机两大核心系统以及传动装置、控制装置、蓄能装置、备用能源等辅助系统组成。其中，逆变器等非线性部件易产生谐波污染电网，因此有必要对风力发电系统谐波等电能质量进行监测与评估。传统谐波监测装置多采用离线监测，无法得到长期的、详细的谐波数据，因此电网谐波的网络化在线监测显得愈加重要。现有的电能质量在线监测系统采用基于关系型数据库的方式实现监测数据的持久化，监测数据的分析、指标计算和统计等均依赖关系数据库进行。而关系数据库对海量数据的处理存在着诸多缺点：1)随着记录数的增长效率急剧下降；2)容错机制限制了数据库的扩展能力。正因为关系数据库的固有缺陷，基于关系数据库的电能质量监测数据的存储、分析及统计存在诸多困难，涉及大数据量的海量监测数据统计指标的分析和统计也难以实现，特别对于监测点的快速增长带来的海量数据更难以处理。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种风电机组典型谐波发射模态监测装置，降低系统存储空间，提高数据利用价值。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种风电机组典型谐波发射模态监测装置，包括数据采集模块、信号放大模块、模数转换模块、数字信号处理模块、处理器、数据存储模块及信号显示模块；所述数据采集模块的输出端连接所述信号放大模块，所述模数转换模块连接于所述信号放大模块和数字信号处理模块的输入端之间，所述数字信号处理模块的输出端连接所述处理器的输入端，所述处理器的输出端连接所述数据存储模块和信号显示模块；

所述数据采集模块采集模拟信号并发送至信号放大模块进行噪声干扰排除，所述信号放大模块将进行噪声干扰排除后的模拟信号发送至所述模数转换模块，所述模数转换模块将所述模拟信号转换成数字信号并发送至所述数字信号处理模块，所述数字信号处理模块将所述数字信号通过模态分析算法生成模态信息并发送给处理器，所述处理器根据模态信息生成基础数据文件并发送至数据存储模块保存以及显示模块显示。

在一较佳的实施例中，所述数据采集模块连接风力发电机组出口的配电变压器，通过电压电流互感器收集三相电压信号及三相电流信号。

在一较佳的实施例中，信号放大模块包括信号调理电路、电压电流互感器电路、抗混叠滤波电路和交直流转换电路；所述电压电流互感器电路将电压电流信号缩小成幅值小的交流电压信号；抗混叠滤波电路使用二阶rc低通滤波器滤除模拟信号中的高次杂波；所述交直流转换电路将所述电压电流互感器电路缩小成的幅值小的交流电压信号进行抬升，形成0～2.5v的单极性低电压信号，并输出至模数转换模块。

在一较佳的实施例中，所述数字信号处理模块具体为dsp处理器，所述模态分析算法具体包括标幺化处理算法、主成分分析算法和聚类分析算法。

在一较佳的实施例中，所述处理器具体为arm处理器，所述数字信号处理模块通过can总线连接所述arm处理器。

相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：

本发明提供了一种风电机组典型谐波发射模态监测装置，将数据挖掘的思路引入至监测系统中，将实时的海量数据运用分析算法和聚类算法划分为不同的模态，改变原有的谐波检测装置，降低系统存储空间，提高数据利用价值。首先从电网获取电压、电流监测数据，通过信号放大模块和滤波装置剔除噪声干扰，然后进行模态划分处理，获得模态监测数据。此监测装置引入数据挖掘的思想，以模态信息作为指标大大减小了存储空间。模态信息能直观体现某一时段风电机组谐波发射污染情况。

附图说明

图1为本发明优选实施例中一种风电机组典型谐波发射模态监测装置的运行流程图。

具体实施方式

下文结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

一种风电机组典型谐波发射模态监测装置，包括数据采集模块、信号放大模块、模数转换模块、数字信号处理模块、处理器、数据存储模块及信号显示模块；所述数据采集模块的输出端连接所述信号放大模块，所述模数转换模块连接于所述信号放大模块和数字信号处理模块的输入端之间，所述数字信号处理模块的输出端连接所述处理器的输入端，所述处理器的输出端连接所述数据存储模块和信号显示模块；具体来说，所述数据采集模块采集模拟信号并发送至信号放大模块进行噪声干扰排除，所述信号放大模块将进行噪声干扰排除后的模拟信号发送至所述模数转换模块，所述模数转换模块将所述模拟信号转换成数字信号并发送至所述数字信号处理模块，所述数字信号处理模块将所述数字信号通过模态分析算法生成模态信息并发送给处理器，所述处理器根据模态信息生成基础数据文件并发送至数据存储模块保存以及显示模块显示。具体来说，所述显示模块具体为640*480分辨率彩色液晶屏，使生成模态监测数据清晰可见。

具体来说，所述数据采集模块连接风力发电机组出口的配电变压器，通过电压电流互感器收集三相电压信号及三相电流信号。

信号放大模块具体为运算放大器，包括信号调理电路、电压电流互感器电路、抗混叠滤波电路和交直流转换电路；所述电压电流互感器电路将电压电流信号缩小成幅值小的交流电压信号；抗混叠滤波电路使用二阶rc低通滤波器滤除模拟信号中的高次杂波；所述交直流转换电路将所述电压电流互感器电路缩小成的幅值小的交流电压信号进行抬升，形成0～2.5v的单极性低电压信号，并输出至模数转换模块。

具体来说，所述模数转换模块具体为a/d转换芯片，所述a/d转换芯片的作用是将现场的获得的电压/电流模拟信号转换为电压/电流的采样值。在本实施例中，所述a/d转换芯片采用analogdevices(ad)公司的芯片ad73360，可实现对6路输入通道的同时采样，且无需cpu干预，从而有效减少了由于采样时间不同而产生的相位误差，极适合电力系统的数据采集。每个通道可以输出长度16位的数字量，各通道的采样速率可以方便的利用控制字在8k、16k、32k和64k中进行设定。每个通道可以允许从直流到4khz的模拟信号通过。由于各个通道均内置抗混叠滤波器，所以对输入通道的抗混叠滤波器的要求大为降低，仅需要简单的一阶rc滤波器即可。

所述数字信号处理模块具体为dsp处理器，所述模态分析算法具体包括标幺化处理算法、主成分分析算法和聚类分析算法。与其他处理器相比，dsp处理器数据处理能力强，可实现复杂算法，可对大量数据进行实时运算分析，非常适合电力系统谐波检测，是目前电能质量监测领域的主流芯片。在本实施例中，采用ti公司的tms320c5402dsp，其是定点系列数字信号处理芯片，具有运算速度高，cpu结构优化、功耗低等特点。芯片内部提供了标准的8位hpi主机接口，用来与主设备或者主处理器进行通信，在通过hpi口和主机通信的过程中，完全没有硬件和软件的开销，而由dsp自身的硬件对冲突进行协调，从而不会打断dsp正常程序的运行。hpi的主控外部主机，可通过hpi直接定位cpu的存储空间，包括存储器映像寄存器。在hpi通信方式下，dsp的片内存储器对外界完全透明，由主机通过访问hpi的地址和数据寄存器，来完成对dsp内存储器的读写。

风电机组的谐波模态监测需要用到聚类算法等复杂算法，在计算时，由于系统中包含了大量的电力参数以及其他各种统计参数，所以过程中需要耗费很多的时间来进行运算，为了提高硬件系统的运行质量和效率，需要使用工作频率较高的cpu。另外，键盘数据的输入、传输、显示以及输出等任务的完成也需要耗费大量的运算时间和硬件资源。但是，以上这些任务的运算速度和实时性要求相对较低，在这种情况下使用单一cpu处理器的硬件结构在进行任务计算和任务协调上存在较大的难度。为此，将dsp芯片与mcu(微处理单元)二者高度结合，采用主从关系结构，将mcu作为主机，dsp芯片作为从机，通过双口随机储存器，完成系统数据信息之间的处理和交换任务。

所述处理器具体为arm处理器，主要负责系统管理、显示、通讯等功能，包括系统参数设置、系统运行状态监测，并实现人机交互、报表上传。将信息处理模块中数据通过can总线进行传递至arm，实现数据的存储和显示。如附图1所示，在dsp和mcu结合的信号处理模块中执行数据处理程序，将硬件采集到的数据用软件进行分析获取谐波的模态信息。软件平台及其构成为：当数据采集完后，调用数据运算和处理子程序对采集到的离散信号进行计算处理，当完成谐波各项特征量的计算后，在mcu中调用模态划分算法，包括主成分分析算法和聚类算法，获得一时段内模态监测信息，并与dsp进行信息传输。最后dsp调用数据传输子程序将数据通过can总线与arm处理器进行传输。

本发明提供了一种风电机组典型谐波发射模态监测装置，将数据挖掘的思路引入至监测系统中，将实时的海量数据运用分析算法和聚类算法划分为不同的模态，改变原有的谐波检测装置，降低系统存储空间，提高数据利用价值。首先从电网获取电压、电流监测数据，通过信号放大模块和滤波装置剔除噪声干扰，然后进行模态划分处理，获得模态监测数据。此监测装置引入数据挖掘的思想，以模态信息作为指标大大减小了存储空间。模态信息能直观体现某一时段风电机组谐波发射污染情况。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均属于侵犯本发明保护范围的行为。