[发明专利]一种基于LORA技术的调相机无线状态监测系统及方法

权利要求书

1.一种基于LORA技术的调相机无线状态监测系统，其特征在于：包括电源模块、处理器、与处理器连接的传感器单元、数据转换模块、数据存储模块、LORA通讯模块、以及与数据转换模块连接的显示模块；

所述传感器单元，用于采集调相机旋转状态下的电流信号、电压信号以及调相机的转速信号；

所述处理器，用于根据传感器单元采集的电流信号和电压信号求出电压和电流的相位差，将相位差代入有功功率和无功功率的计算公式中求得调相机转子绕组的有功功率和无功功率，将有功功率、无功功率和转速信号传输至LORA通讯模块和数据存储模块；

所述LORA通讯模块，用于将处理器计算所得有功功率和无功功率以及处理器采集的转速信号传输至远程终端机；

所述数据转换模块，用于将处理器发送的有功功率、无功功率和转速信号经过4-20mA变换后输出，传送至显示模块进行实时显示。

2.如权利要求1所述的基于LORA技术的调相机无线状态监测系统，其特征在于：所述传感器单元包括电流采样模块、电压采样模块以及转速采样模块，电流采样模块用于采集调相机旋转状态下的电流信号，电压采样模块用于采集调相机旋转状态下的电压信号，转速采样模块用于采集调相机的转速信号。

3.如权利要求1或2所述的基于LORA技术的调相机无线状态监测系统，其特征在于：所述传感器单元采用基于霍尔原理的霍尔电压、电流、转速传感器。

4.如权利要求1所述的基于LORA技术的调相机无线状态监测系统，其特征在于：所述处理器通过Blackman-Harris窗的插值算法对电流信号和电压信号进行频域计算，实时分析调相机电压与电流的相位得到相位差，然后基于相位差和有功功率和无功功率的计算公式计算得出调相机转子绕组的有功功率和无功功率。

5.如权利要求4所述的基于LORA技术的调相机无线状态监测系统，其特征在于：调相机的无功和无功功率计算公式为：

式中，Q、P分别为调相机无功、有功功率，U_RMS、I_RMS分别为调相机电压、电流有效值，为调相机交流电压电流相位差；

基于Blackman-Harris窗的插值算法具体过程如下：

对单一频率信号进行分析，并假设采样间隔Δt＝1，则DFT的频率分辨率为：

信号表达式为：

式中，N为采样点数，x_m(n)为原采样序列；

对于离散频谱，θ仅能取0—(N-1)之间的整数值，设f_m在频率lΔf和(l+1)Δf之间，即

f_m＝(l+λ)Δf,0≤λ≤1 (4)

选取加窗信号的频谱Xmw在整数采样点的数值，并为设定如下系数：

对于Blackman-Harris窗，K＝3，将各值代入并化简，可得出一个关于a、λ的7次方程，对方程的各项系数降幂排列组成一个行矩阵，然后借助MATLAB软件，用Roots函数可求出λ的7个根，其中最多只有一个实根位于[0,1]区间，该根即为正解；

在得出准确的λ值后，由式(4)求出准确的频率f_m，由此求出复振幅X_mw，则相位计算采用

式中，W(n)为信号加窗后FFT频谱；

由式(6)分别求出电压和电流基波的相位，从而求出电压和电流的相位差，将相位差带入有功功率和无功功率的计算公式中，即可求得调相机转子绕组的有功功率和无功功率。

6.如权利要求1所述的基于LORA技术的调相机无线状态监测系统，其特征在于：所述转速采样模块包括霍尔元件、差分放大器、稳压电路、集电极开路输出门、施密特触发器，通过将单片机设置为双沿触发捕捉中断，同时将捕捉口CAP1～CAP3设置为I/O口、并检测该口的电平状态，以获取调相机换相时间间隔，计算得到调相机转速。