[发明专利]一种风力发电系统中变流器的一级故障诊断方法

权利要求书

1.一种风力发电系统中变流器的一级故障诊断方法，其特征在于，该诊断方法的步骤为：

(1)鉴于风力发电系统中的变流器是背靠背式变流器，且能量是可以双向流动的，所以只要研究单一整流器的故障特点就可以表征变流器的故障特点。所以针对整流器装置，根据实际运行的单只和两只功率管故障进行故障分类，建立变流器的IGBT功率管一级故障分类原则。

(2)在各种故障状态下，对三相桥式PWM整流电路建模，获得电路所有故障状态下的直流侧输出电压信号。选取合适的小波基函数，对所得的各个输出电压信号进行四层小波包分解，并对小波分解系数重构，提取各个频带范围的信号。

(3)计算步骤(2)提取的各个频带范围的信号的能量，根据能量直方图确定原信号的能量主要集中在哪个频段。经过小波包分解并重构后，各个状态下的输出电压信号被分成16个小信号，通过计算信号能量值，发现第四层第一个低频信号包含了几乎全部的能量值，即该频段集中了原信号的所有能量。

(4)对直流侧输出的电压信号进行功率谱分析，发现各故障状态下的电压信号功率谱没有明显区别，不能确定故障特征，再对小波重构后的第四层第一个低频信号进行功率谱分析，通过观察和对比所有故障状态下的第四层第一个低频信号的功率谱包络图，可以看出，每个包络谱都存在有特征频率，通过分析各状态下低频信号的包络图，实现变流器的一级故障诊断。

2.根据权利要求1所述的一种风力发电系统中变流器的一级故障诊断方法，其特征在于，建立一级故障诊断思想对变流器故障类型进行划分。所谓一级故障诊断是指通过相应分析方法，确定变流器故障是描述中的具体哪一类故障，而不具体研究在该类故障下具体哪只功率管发生故障。所划分的一级故障类型为：

(1)IGBT功率管均正常运行，变流器无故障发生。

(2)仅有单只IGBT功率管发生故障，即VT₁、VT₂、VT₃、VT₄、VT₅或VT₆中任一功率管发生故障。

(3)有两只IGBT功率管发生故障，且两只功率管同相不同侧，即(VT₁，VT₄)、(VT₃，VT₆)或(VT₅，VT₂)任一种情况。

(4)有两只IGBT功率管发生故障，且两只功率管同侧不同相，即(VT₁，VT₃)、(VT₃，VT₅)、(VT₅，VT₁)、(VT₆，VT₄)、(VT₂，VT₆)或(VT₄，VT₂)任一种情况。

(5)有两只IGBT功率管发生故障，且两只功率管既不同相也不同侧，位于交叉位置，即(VT₁，VT₆)、(VT₁，VT₂)、(VT₃，VT₄)、(VT₃，VT₂)、(VT₅，VT₄)或(VT₅，VT₆)任一种情况。

3.根据权利要求1所述的一种风力发电系统中变流器的一级故障诊断方法，其特征在于，选取合适的小波基函数，对输出直流电压信号进行小波包分解和系数重构，计算重构后的各小信号的能量，发现各故障状态下能量直方图几乎相同，且第四层第一个低频信号的能量基本等于信号的总能量，所以选取该频段信号代表输出信号，作为进一步研究对象。

4.根据权利要求1所述的一种风力发电系统中变流器的一级故障诊断方法，其特征在于，对第四层第一个低频信号小波重构后，进行功率谱分析，得到各个状态下的特征频率及谱值，如表1所示。

表1故障信息与特征频率功率谱数据

5.根据权利要求1所述的一种风力发电系统中变流器的一级故障诊断方法，其特征在于，分析表1的数据可以得到：

(1)无故障情况下，第一细节信号功率谱中含有特征频率40Hz，42.5Hz，即两个主特征频率存在且谱值较大。

(2)当单只功率管发生故障时，42.5Hz的频率谱值大大缩小，而频率为37.5Hz的谱值大大升高，即其一主频率削弱，新的主频率出现，且谱值较大；

(2)当同相两只功率管发生故障时，原信号两个主要频率都大幅消减，主频率只有37.5Hz，即两个主频率都削弱，新的主频率出现，且谱值较大；

(3)当同侧两只管发生故障时，42.5Hz的频率谱值大大缩小，37.5Hz的谱值升高，但主频率谱值都明显降低，即其一主频率削弱，新的主频率出现，但谱值较小。

(4)当交叉两只功率管发生故障时，原信号两个主频率都明显降低，只有37.5Hz一个主频率，同时谱值也很小，即两个主频率都削弱，新的主频率出现，但谱值较小。