[发明专利]基于双馈风力发电机组定子电流的桨叶不平衡故障诊断方法

说明书

技术领域

本发明属于风电机组状态监测和故障诊断技术领域，涉及一种基于双馈风力发电机组定子电流的桨叶不平衡故障诊断方法。

背景技术

桨叶是风力发电机组的关键部件之一，占风力发电机组生产成本的20％左右，其质量直接影响到风力发电机的效率、寿命和性能等。但是由于风电机组工作环境较为恶劣，叶片面临风沙磨损、结冰、狂风等情况，且由于风的随机性，风力发电机运行工况多变，这些都导致叶片易出现裂纹、破损等，从而导致叶片气动不平衡，轻则影响风力发电机组的发电效率，增加机组疲劳载荷，重则导致风机故障停机甚至发生事故。因此如何对桨叶的不平衡情况进行在线监测，在故障早期就发现问题，可以避免非计划停机。

目前的双馈风力发电机组叶片不平衡可通过红外成像分析、声学分析、视频分析等手段来检测，但是这些方法不仅需要额外的设备，成本高，且可靠性不高。近来也有公布一些桨叶不平衡在线监测的专利，如“叶轮不平衡故障的双馈风力发电机定子电流诊断方法”，该方法通过对定子电流信号重构特征分量来抑制基波分量，突显特征分量，但是该方法受湍流风影响较大，湍流强度较大时，特征不明显。又如“一种双馈风力发电机叶片不平衡在线故障诊断方法”，该方法通过对电功率做阶次分析来诊断不平衡故障，但是诊断时需要增加同步采样器等其他设备的辅助。这些方法都有一个共同的问题，所提出的发明，偏重理论技巧，欠缺对实际应用中问题的考虑。

发明内容

为了克服已有的双馈风力发电机组叶片不平衡检测方式的方案复杂、准确性较差、适用性较差的不足，本发明提供一种简单易行、准确性良好、适用性较好的基于双馈风力发电机组定子电流的桨叶不平衡故障诊断方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于双馈风力发电机组定子电流的桨叶不平衡故障诊断方法，所述故障诊断方法包括如下步骤：

1)控制双馈发电机组运行于检测模式，保持风电机组恒转速运行；

2)同步采集满足要求的恒转速运行阶段机组定子相电流i_A和发电

机转速r；

3)根据采集到的发电机转速r计算叶轮转速1倍频；对定子相电流i_A进行小波滤波处理后用包络谱进行信号处理得到包络谱i_f；提取包络谱i_f信号中叶轮转速1倍频幅值M(1)和k倍频幅值M(k)作为特征，其中k为叶片数量；

4)判断1倍频幅值M(1)和k倍频幅值M(k)的大小，若满足M(1)>a*M(k)，则判定存在桨叶不平衡，a为预设幅值比。

进一步，所述步骤1)中，所述检测模式下，双馈发电机组主动定速稳定运行在恒转速运行阶段，转速方均根值小于预定阈值。

再进一步，所述步骤1)中，所述恒转速运行阶段是指发电机转速为额定转速，机组功率由转矩控制，风力发电机未进行变桨的阶段。

所述步骤1)中，所述转速方均根值的计算方法如下：

式中，r_RMS为转速的方均根值，r₁，r₂...r_N为所采集的转速值，N为所采集的转速点个数。

在步骤3)中，根据发电机转速计算叶轮转速1倍频f(1)的方法如下：

式(1)中，r为发电机转速，b为齿轮箱速比。

由于在恒转速运行阶段，实时转速在额定转速附近，因此其转速平均值r也在额定转速值附近，因此相同齿轮箱速比的风电机组，f(1)近似相等。

在步骤3)中，对定子相电流i_A进行信号处理的过程如下：

3.1)对采集的定子相电流时域信号进行小波分解，并根据1倍频f(1)对低频小波系数进行处理、重构，得到i_B；

3.2)对滤波后定子相电流时域信号i_B进行Hilbert变换，得到解调后的包络信号,并作去均值处理，得到i_C；

3.3)对包络信号i_C进行FFT变换得到包络谱i_f，从中提取叶轮转速的1倍频幅值M(1)和k倍频幅值M(k)作为特征。

所述步骤3.3)中，倍频k由风力发电机的叶片数量决定，k等于叶片数。

所述幅值比a由风机的叶片数、机型共同决定，取值范围是1.5≤a≤3。

本发明的有益效果主要表现在：1)本发明涉及的参数均可从风力发电机的现有传感器中获取，无需增加新设备，监测成本低；