一种基于GPRS的风力发电机组偏航系统故障检测装置
阅读：480发布：2020-05-08
专利汇可以提供一种基于GPRS的风力发电机组偏航系统故障检测装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及一种基于GPRS的 风 力 发 电机 组 偏航 系统故障检测装置，其特征在于，包括风速 传感器 、风向传感器和 单片机 ，所述风速传感器和所述风向传感器各自的 信号 线经过 数模转换 模 块 后与所述单片机相连接，所述单片机还与数码管和报警短信发送模块相连接。与 现有技术 相比，本实用新型具有操作简便，成本低廉等优点。，下面是一种基于GPRS的风力发电机组偏航系统故障检测装置专利的具体信息内容。
一种基于GPRS的风力发电机组偏航系统故障检测装置
技术领域
背景技术
[0002] 能源是人类赖以生存的基础，是现代社会的命脉。人类社会已经经历了薪柴时代、煤炭时代和石油时代三个能源时期，并正在步入可再生能源时期。目前，煤炭石油天然气三大传统化石能源仍然是世界经济的三大能源支柱，支撑着世界90％左右的能源消费。然而根据世界上通行的能源预测，石油将会在未来40年左右枯竭，天然气将在60年左右枯竭，煤炭也只能用100多年。更为重要的是，随着经济的发展和生活水平的提高，人类能源的消耗更是高速增长。因此，化石能源将无法满足人类日益增长的需求。如此一来，国际上对于风能发电的热情与日俱增。我国是能源大国拥有广阔的市场，此外我国还拥有大量的风能资源。根据BTM统计数据显示，2010年全球风电累计装机容量达到199.5GW，年累计增速为25％，中国、美国、德国、西班牙、印度依次位居全球前五名，到2010年底，中国新增装机
18.9GW，累计装机达44.73GW，已经超过了美国跃居到了世界第一，而到2010年底中国风电发电量为50.1TWh。
18.9GW，累计装机达44.73GW，已经超过了美国跃居到了世界第一，而到2010年底中国风电发电量为50.1TWh。
[0003] 风力发电机的工作原理是将风能转换成机械能，机械能再带动里面的转子旋转，最终再输出交流电的一种电力设备。风力发电机的构成一般由风轮、发电机、调向器、塔架、限速安全机构和储能装置等相关构件组成。风力发电机作为风电产生的最主要设备，其应用最广泛的是水平轴风力发电机。水平轴风力发电机的一个重要部分就是偏航系统，偏航系统主要分为主动偏航和被动偏航。主动偏航多见于大型风力发电系统，特点是风力发电机有自己的液压伺服机构或者电动机与齿轮构成的电伺服机构来是风力机对风；被动偏航则是由尾舵产生的力矩来让风力机对准风向。值得注意的是，无论是主动还是被动偏航，一旦系统出现故障，都会造成轻则影响发电效率，重则损坏风力发电机的后果。
[0004] 被动偏航系统的偏航力矩由风力产生，因此下风向发电系统和安装尾舵的上风向风力发电系统的偏航都是在被动偏航范围内，此方式常见于小型风力发电机组，例如，尾舵偏航的风力发电机。被动偏航系统优点如下：风轮自然对准风向，不需要特殊控制，结构简单。主动偏航系统使用液压伺服机构或者电动机与齿轮构成的电伺服机构来使风力机对风，常见于大型风力发电系统。从本质来说，主动偏航系统是一个自动控制系统，主要构成部件有控制器、功率放大器、伺服机构以及偏航计数器等，风向仪安装在风轮的前部或者机舱一侧，当风力发电机组的航向与风向仪的指针产生偏离，计算机就会开始计时，当时间达到阈值，计算机会认定风向已经改变，控制器便发出调控指令经由功率放大后驱动伺服机构，然后风力机调向到偏差消除，附图1展示了被动偏航和主动偏航的结构图。如果风速过大超过了风力发电机的切出速度，偏航系统便会采用保护角度，让风轮不正对风向，来防止风轮叶片受损，采取的角度取决于不同风力发电机的参数。
[0005] 现在的偏航系统是相对独立的，且认为偏航系统一般是不会出现问题的，所以一般是没有单独的偏航系统故障监测装置。只有当检修工作人员例行检修时才有可能会发现偏航系统出现的问题。如果由于检修人员检修的不及时或者人为因素导致没能发现故障，排除故障。没有排除的故障就会影响风力发电机的安全使用，并且造成不必要的经济损失。主动偏航系统结构复杂、环节多、涉及的设备众多，各个设备都有产生故障的可能性，如此一来，偏航系统发生故障的可能也就大大提高了，这个情况值得重视。
实用新型内容
实用新型内容
[0007] 本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008] 一种基于GPRS的风力发电机组偏航系统故障检测装置，包括风速传感器、风向传感器和单片机，所述风速传感器和所述风向传感器各自的信号线经过数模转换模块后与所述单片机相连接，所述单片机还与数码管和报警短信发送模块相连接。
[0009] 优选地，所述的数模转换模块采用型号为PCF8591AD的数模转换模块。
[0011] 优选地，所述报警短信发送模块采用GPRS/GA6模板。
[0012] 优选地，所述单片机的核心芯片型号为STC89C52。
[0014] 优选地，所述风向传感器的供电电压为5V，其输出电压为0V～2V。
[0015] 优选地，所述数模转换模块设置有至少4个模拟输入口。
[0016] 与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
[0017] (1)本实用新型在没有各种功率放大器、伺服机构环节的基础上，直接通过风速传感器和风向传感器两个传感器来采集风速风向信息，采集的信号由单片机做出是否故障的判断。这样一来，没有功率放大器也没有伺服机构等等环节，各个环节的减少使得本监测装置出现故障的可能降低许多，这意味着本检测装置的判断结果更加可靠，装置也更加耐用。
[0018] (2)本实用新型包括一共有四个单元，分别为信号采集单元、AD/DA转换单元、单片机故障判断单元及结果输出单元。通过风向风速传感器采集数据作为信号采集单元，数模转换即是AD/DA转换单元，单片机是故障判断单元，数码管及GPRS模块即是结果输出单元。本装置通过数码管显示故障的有无，明确易懂，并且还会自动发送故障报警短信，及时把故障信息告知维护人员。本装置还可以根据不同发电机更改不同参数，只需平常的笔记本电脑即可更改。另外本装置使用的风速传感器、风向传感器、单片机模块、模数转换模块及GPRS短信收发模块都是只需5伏直流供电即可，耗电量十分小，这又从一定程度上降低了成本，减少了能源的使用。由此可见，本装置不仅能减少一定程度的维修人员工作量，而且还为风力发电机的安全运行提供了重要支持。
附图说明
[0019] 为了进一步阐明本实用新型的各实施例的以上和其他优点和特征，将参考附图来呈现本实用新型的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本实用新型的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。并且，附图中示出的各个部分的相对位置和大小是示例性的，而不应当被理解成各个部分之间唯一确定的位置或尺寸关系。
[0020] 图1为本实用新型中单片机与数模转换模块的电路连接示意图；
[0021] 图2为本实用新型中数码管的具体元件示意图；
[0022] 图3为本实用新型中单片机与数码管的电路连接示意图；
[0023] 图4为本实用新型中单片机与报警短信发送模块的电路连接示意图；
[0024] 图5为本实用新型的实物结构示意图。
具体实施方式
[0025] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。
[0026] 实施例
[0027] 本实用新型的发明原理如下：
[0028] 本风力发电机组偏航系统故障监测装置是一种独立于风力发电机已有的偏航系统之外的单独工作的监测装置。在没有各种功率放大器、伺服机构环节的基础上，直接通过风速传感器和风向传感器两个传感器来采集风速风向信息，采集的信号由单片机做出是否故障的判断。这样一来，没有功率放大器也没有伺服机构等等环节，各个环节的减少使得本监测装置出现故障的可能降低许多，这意味着本检测装置的判断结果更加可靠，装置也更加耐用。
[0029] 把风速、风向传感器安装在风力发电机机舱外侧，由于风向传感器的基座固定在机舱上，并且风轮和机舱的位置也是固定的，故风向传感器的方向也就代表了风轮的朝向。这样一来，风向传感器测出的角度就是实际的自然风向和风轮之间的夹角。而本装置主要就是通过对该角度的大小比较进行故障判断。
[0030] 本监测报警装置直接通过测量偏航系统角度结果来判断系统是否产生故障，如果结果不正确则偏航系统必然出现故障。
[0031] 单片机接收风速传感器和风向传感器采集的风向风速信息后，单片机会先分析风速是处于切出风速范围以内还是以外，如果风速处于切出风速以内则根据风向传感器采集到的风向和风轮之间的夹角信息来判断风轮是否对准了风向，并且判断夹角信息是否在允许的误差范围之内。如果风轮对准了风向或者说两者的夹角是在误差允许的范围内的则可以判断该风力发电机的偏航系统没有出现故障，数码管会显示无故障的代码(数字0)；如果风轮与风向间产生偏差且夹角不在误差允许的范围之内就可以判断偏航系统出现了故障，数码管会显示出现故障的代码(数字1)同时发送故障报警短信至指定手机号码上。如果采集到的风速信息已经超过了切出风速，与上述过程类似，根据风轮和风向之间的夹角信息判断风力发电机偏航系统是否采取了保护角度，如果风向传感器测出的风轮和风向之间的夹角是保护角度，或者其误差并未超过允许的误差范围就可以判断该风力发电机偏航系统无故障，系统给出相应的无故障代码(数字0)；如果风轮与风向之间的夹角并非保护角度，切角度误差超过了允许误差范围，则认定风力发电机偏航系统产生故障，系统将显示有故障的代码(数字2)同时发送故障报警短信至指定手机。
[0032] 本故障报警装置能够实时监测原有偏航系统是否出现故障，一旦偏航系统出现故障可以立刻给出故障信号。并且本装置是独立于风力发电机原有系统而单独工作，因此就不会受到风力发电机其他系统以及外界的干扰。其次本装置与人工检修相比，能更加准确及时地发现故障。本装置不会受到检修人员工作经验、心情等因素的影响，也不会受到其他外部影响。此外，本监测装置安装简单，无需对风力发电机已有的系统装置进行拆分，只要在机舱外进行安装就可以了。即使是已经建好的风力发电机都可以轻松安装。本装置应用范围广且使用方便。
[0033] 在风力发电机机舱外侧安装风速传感器和风向传感器，并将风向传感器0度角位置对准风轮方向。风速传感器(5伏直流供电，0-2伏模拟电压输出风速传感器)和风向传感器(5伏直流供电，0-2伏模拟电压输出风向传感器)的电源线和信号线接入机舱内部分别与5伏直流电电源、模数转换模块相连，模数转换模块(PCF8591AD转换模块)与单片机模块(STC89C52单片机为核心)相连，单片机模块与数码管(8位共阳极数码管)和报警短信发送模块(GPRS/GA6模板)相连。PCF8591AD转换模块具有4个模拟输入(AIN0、AIN1、AIN2、AIN3)，模拟输入口AIN0接风速传感器，模拟输入口AIN1接风向传感器；595数码管的DIO接单片机的P1.0，RCK接P1.1，SCK接P1.2；GPRS/GA6模板的URX接单片机的P31，UTX接P30，VCC接+5V电源，GND接GND。PCF8591 AD转换模块与单片机连接方式可见附图1，数码管本体以及单片机与数码管的连接方式可见附图2和附图3。单片机与GPRS/GA6模板连接方式可见附图4。
[0034] 风速传感器、风向传感器的5V电压均由单片机供电(也可直接由5V直流电源供电)；PCF8591AD转换器由单片机上5伏VCC引脚供电，单片机以及GPRS/GA6模块由5伏电源供电。其中单片机供电和程序写入共用同一条线路。PCF8591AD转换模块、单片机模块、595数码管模块以及GPRS/GA6模块可安装在方便查看的地方，便于维护人员修改和观察。附图5为实物图。
[0035] 以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
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