[发明专利]基于机械振动信号的变流器开关管故障检测与诊断方法

说明书

本发明公开了一种基于机械振动信号的变流器开关管故障检测与诊断方法，包括故障检测与故障诊断两个环节；故障检测环节采集发电机的振动信号；对采集的振动信号进行包络谱分析得到包络谱；计算振动信号的一阶、二阶特征频率；根据包络谱确定与一阶、二阶特征频率对应的幅值，分别与一阶阈值、二阶阈值比较，判断是否出现变流器开关管故障；故障诊断环节提取一阶特征频率分量的相位；将一阶特征频率分量的相位与开关管故障定位信息比对，完成诊断。本发明避免了直接由故障电流计算电流相位产生的畸变问题，提高了诊断的可靠性。

技术领域

本发明属于发电技术领域，具体涉及一种基于机械振动信号的变流器开关管故障检测与诊断方法。

背景技术

在高负荷、超负荷运行的情况下，功率开关管是变流器中最脆弱的部分，调查显示在风力发电系统中开关管的故障率已达到38％。因此，迅速、准确诊断出发生故障的开关管，并对其进行隔离、容错控制，对整个系统的运行稳定性起着十分重要的作用。功率开关管的故障状态可分为开路故障、短路故障和间歇门信号故障三种类型，由于后两者故障可通过隔离转化为开路故障，因此对开路故障的检测和诊断最为关键。

目前，变流器开关管故障故障诊断多基于电学信号，无法与控制系统解耦，因而易受控制策略影响，并且无法适用于某些无法安装电流/电压传感器的场合。由于变流器开关管发生故障会引起其所控制永磁同步电机在机械结构上的振动，因此可以考虑利用机械振动信号进行故障诊断。但是，目前基于振动信号的故障诊断仅被用来进行机电故障的诊断，例如齿轮故障、轴故障、轴承故障、电机故障，尚未有方法利用振动信号进行永磁同步发电系统变流器开关管故障的诊断。

发明内容

本发明目的在于提出一种基于机械振动信号的变流器开关管故障检测与诊断方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于机械振动信号的变流器开关管故障检测与诊断方法，包括故障检测与故障诊断两个环节；

(1)故障检测环节，具体步骤如下：

步骤1、采集发电机的振动信号；

步骤2、对采集的振动信号进行包络谱分析得到包络谱；

步骤3、计算振动信号的一阶、二阶特征频率；

步骤4、根据包络谱确定与一阶、二阶特征频率对应的幅值，分别与一阶阈值、二阶阈值比较，判断是否出现变流器开关管故障；

(2)故障诊断环节，具体步骤如下：

步骤1、提取一阶特征频率分量的相位；

步骤2、将一阶特征频率分量的相位与开关管故障定位信息比对，完成诊断。

本发明与现有技术相，其显著优点为：1)使用发电机的振动信号作为故障诊断的信号，与变流系统完全独立，不会对变流器系统产生干扰，保证了系统运行的稳定性，且适用于无法安装电流/电压传感器等强干扰的工作环境；2)使用经光电编码器的机械相位信号计算得到的电流相位信号对故障进行定位，避免了直接由故障电流计算电流相位产生的畸变问题，提高了诊断的可靠性。

附图说明

图1为永磁同步发电系统的结构图。

图2为振动传感器安装位置示意图。

图3为本发明变流器开关管故障检测与诊断的方法流程图。

图4为本发明变流器不同开路故障下的振动信号包络谱特征图。

图5为本发明S3管发生开路故障时的诊断示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例，进一步说明本发明方案。