论文总字数：24220字

摘 要

题名：风电机组状态参数监测电路设计

姓名：庄沁宇

导师：邓艾东

学校：东南大学

正文：

风力发电机组所在地往往环境恶劣，目前国内风力发电机组监测系统尚处于初级阶段，实际工程中常用的参数监测系统并不能非常有效地对风电机组的参数信号进行实时采集。这就会导致风电机组的故障不能被及时发现和排除。

本论文在分析了风电机组的结构特点、常见故障以及基础的振动分析知识的情况下，设计了一款基于ARM9架构的嵌入式系统的风力发电机组状态参数监测电路。本论文的重点为振动信号监测电路的模拟电路设计，包括使用巴特沃斯滤波器组成的四阶巴特沃斯带通滤波电路，以及振动信号调理电路、键相信号调理电路、三线制热电阻温度信号调理电路、电流信号调理电路和A/D转换器采样电路。通过这些模拟电路，可以将采集到的模拟信号转换为数字信号。在论文的最后，还指出了系统的一些不足和未来可以改进加强之处。

本文设计的基于ARM9嵌入式系统的监测系统，具有采样实时性好、可靠性高、元器件集成度好和可拓展性好等优点，在与上位机连接之后，非常适合作为布置分散的风力发电机组的监测系统。

关键词：风力发电；振动监测系统；嵌入式系统；模拟电路

Abstract

Title: Design of Monitoring Circuit of Wind Turbine Parameter

Name: Zhuang Qinyu

Supervisor: Deng Aidong

University: Southeast University

Abstract：

Wind turbine is always built in harsh environment. But the wind turbine monitoring system in China is still in the primary stage, present parameter monitoring system in practical engineering cannot supervise the wind turbine parameter in real time. And this will lead to the failure of the wind turbine cannot be discovered and repaired in time.

Based on the analysis of wind turbine’s structure characteristics, common failure and basic knowledge of vibration analysis, wind turbine characteristic parameter monitoring circuit based on the ARM9 Embedded System was designed. The key point of this paper is the design of analog circuit in vibration signal monitoring system, including a four-order Butterworth band-pass filter circuit consists of Butterworth filter, vibration signal conditioning circuit, key phase signal conditioning circuit, three-wire RTD temperature signal conditioning circuit, current signal conditioning circuit and A/D converter sampling circuit. The analog circuit can convert sampled analog signal into digital signal. At the end of the paper, it also points out some deficiencies of the system and some improvement in the future.

In this paper, the design of the monitoring system based on ARM9 Embedded system has the advantages of good real-time performance, high reliability, components integration and good expansibility, and after connecting with a host computer, it is very suitable for a distributed wind power generation system.

Key words: Wind power generation；Vibration monitoring system；Embedded system；Analog circuit

目 录

摘要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.1.1 风电的发展现状 1

1.1.2 风电运行中的问题 1

1.1.3 监测系统对于风电运行的意义 2

1.2 风力发电机组状态监测系统现状 2

1.3 嵌入式系统的发展历程 3

1.4 论文研究结构 3

1.5 本章小结 3

第二章 风电机组振动测量基础知识 1

2.1 振动信号中的基本量 1

2.2 振动信号的分析方法 1

2.2.1 振动信号的时域分析方法 1

2.2.2 振动信号的频域分析方法 2

2.3 风电机组介绍 3

2.3.2 风电机组的类型 3

2.3.3 风电机组的结构介绍 3

2.3.1 风电机组常见故障介绍^[9] 5

2.4 本章小结 6

第三章 系统的总体框架设计 7

3.1 技术路线^[10] 7

3.2 系统的硬件设计方案 8

3.2.1 机组振动信号采样点的布置 8

3.2.1 传感器的设计 9

3.2.2 振动信号的采集和预处理 9

3.2.3 其他信号的采集和预处理 10

3.2.4 嵌入式系统核心部分的设计 10

3.3 本章小结 11

第四章 系统硬件电路的设计 12

4.1 模拟电路的设计 12

4.1.1 滤波器的选取与设计 12

4.2 调理电路的设计 14

4.2.1 振动信号调理电路的设计 14

4.2.2 键相信号调理电路的设计 15

4.2.3 三线制热电阻信号调理电路的设计 17

4.2.4 电流信号处理电路设计 17

4.3 A/D采样电路的设计 18

4.3.1 A/D转换器的选取 18

4.3.2 A/D转换器芯片的选取 18

4.4 本章小结 20

第五章 总结与展望 21

致 谢 22

参考文献 23

第一章 绪论

1.1 研究背景

目前人类社会正处于一个高速发展的阶段，而工业领域的高速发展也对能源、环保领域产生了很大的压力。在实现经济可持续发展和节能减排的大背景下，发展清洁能源是世界能源领域的主要趋势，也是我国的国家战略。而作为目前较为成熟的新能源发电技术，风电将是其中一个重要开发方向。

1.1.1 风电的发展现状

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