[发明专利]双馈风力发电机转子绕组三相不对称负载故障诊断方法

说明书

本发明公开了一种双馈风力发电机转子绕组三相不对称负载故障诊断方法，步骤1：在动模实验平台上搭建双馈风力发电机转子绕组故障模拟系统；步骤2：在电机运行的不同状态下，获取转子侧故障前后的转子电流或电压信号，故障录波分析装置进行相应录波，通过MATLAB读取数据并进行直流分量滤除和FFT变换处理；步骤3：根据幅值的变化率提取故障前后变化明显的频率作为诊断该故障的特征频率，用于断判双馈风力发电机转子绕组是否发生三相不对称负载故障。本发明诊断结果非常接近真实值，诊断结果有效，诊断精确度高，可操作性强。

技术领域

本发明涉及一种双馈风力发电机转子绕组三相不对称负载故障诊断方法，属于驱动电机状态检测与故障诊断技术领域。

背景技术

发电机的正常运行对整个电网的安全稳定意义重大。在风电场中，双馈风力发电机凭借高效率、低成本和功率因数可调等优点成为主流机型。由于运行环境的恶劣，风力发电机引起的故障远多于常规发电机。因此为增强风电机组的可靠性，也为开展故障早期预警和及时维修工作，对风电机组在线监测技术的研究至关重要。

双馈风力发电机转子绕组由于自身外接电路且连接一个背靠背变换器，很难检测其运行状态，并且发电机转子侧控制器参数调节滞后，有功功率、无功功率、定转子电流和转速等在故障前后振荡严重，从而对电机本身和电网产生很大冲击，因此需要加强对转子绕组状态信息的在线监测。

目前，国内外对双馈风力发电机转子绕组故障的诊断研究仍处于起步阶段。国内的研究相对较成熟，文献都能通过对应特征方法选择合适的特征信号找出故障；法国Picardie大学Yazidi A学者面向电路建立双馈风力发电机正常及转子绕组匝间短路的模型进行仿真研究；德国基尔大学Dinkhauser V学者利用MATLAB软件建立双馈电机模型，通过引入因子u表征匝间故障的严重程度，通过小波分析和龙伯格观测器寻找故障特征；意大利博洛尼亚大学Gritli Y学者对转子绕组故障时的实验数据进行分析，运用小波变换对故障进行量化，设置固定阈值判别故障，但没有考虑转子变换器不同控制策略对提取特征信号的影响。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种双馈风力发电机转子绕组三相不对称负载故障诊断方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种双馈风力发电机转子绕组三相不对称负载故障诊断方法，包括如下步骤：

步骤1：在动模实验平台上搭建双馈风力发电机转子绕组故障模拟系统；

步骤2：通过变换风速改变转差率来设置电机运行的不同状态，基于模拟系统获取转子侧模拟三相负载不对称运行故障前后的转子电流或电压信号，并进行不同状态下转子电流或电压信号进行校正，再采用电力故障录波分析装置进行相应录波，通过MATLAB读取数据并进行直流分量滤除和FFT变换处理；

步骤3：分析正常状态与故障状态下，在不同运行状态下的转子电流或电压频谱图，获取ksf及其边频的变化幅值，k＝2n+1,n取从1开始的自然数，s为转差率，f为基频，根据幅值的变化率提取故障前后变化明显的频率作为诊断该故障的特征频率，用于断判双馈风力发电机转子绕组是否发生三相不对称负载故障。

作为优选方案，所述步骤1包括：

步骤1.1：将5.5kW直流电动机与5.5kW绕线式异步电机直接相连构成双馈风力发电机组，直流电动机为异步电机提供外部励磁，通过双馈风机励磁控制屏实时控制并显示励磁大小；他励直流电机直接连接风力机特性模拟装置输出端，实时接收变风速的调节信号；异步电机转子一边输出端连接转子侧DSP控制器实现双馈异步电机的同步、超同步、次同步状态转变、另一边输出端直接连接负载以及电力故障录波分析装置，最终接入电网侧DSP控制器实现与电网的电能传输；所述负载用灯泡来模拟。

作为优选方案，所述步骤1还包括：