双馈风力发电机组的叶轮气动不对称故障的诊断方法技术

本发明专利技术提供了一种双馈风力发电机组的叶轮气动不对称故障的诊断方法，包括：在时间段t内同步采集叶轮的转速、双馈风力发电机的转子和定子的单相电流、有功功率；选取叶轮的转速平稳的时间段t1，并计算叶轮的转速平均值nw；判断转速平均值nw是否小于叶轮的额定转速nN；如果是，则计算叶轮的一倍转频fw；将时间段t1内转子的单相电流和/或定子的单相电流进行希尔伯特包络解调，并确定包络解调频谱图中是否存在故障频率nfw；如果存在，则计算时间段t1内双馈风力发电机组的有功功率的平均值P；如果有功功率的平均值P小于有功功率基值P1，则判定双馈风力发电机组存在叶轮气动不对称故障。本发明专利技术提高了诊断的准确性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及风力发电领域，特别涉及一种双馈风力发电机组的叶轮气动不对称故 障的诊断方法。
技术介绍
风能作为一种清洁、绿色的可再生能源，已成为世界各国新能源发展的重要方向。 风力发电机组的叶轮气动不对称实际是指三个叶片的气动转矩分布不均匀，其原因可能是 由于安装或制造误差造成某个叶片的桨距角与其它叶片的不同、或者由于叶片表面覆冰等 原因改变了翼型。 由于气动不对称直接导致风力机输出机械转矩减小并产生波动，从而进一步影响 发电机输给电网的有功功率和电能质量；除此之外，气动不对称还会引起风机组轴系的振 动，加剧叶片、轴承等部件的疲劳，长时间运行会对机组产生非常大的危害。 针对叶轮气动不对称，部分学者利用加速度传感器采集机组的机械振动信号来进 行故障诊断，该方法存在传感器安装不便以及测量不准确的问题。还有少数学者利用电气 信号（如定子电流）频谱分析来诊断叶轮不平衡的故障，但未具体指出叶轮的不平衡类型 (如质量不平衡、气动不对称等），并且这些方法中只笼统地考虑了叶轮故障与发电机的电 气量的关系，并未明确叶轮不平衡对双馈风力发电机和普通发电机产生的不同影响，也未 考虑对双馈风力发电机组的控制系统的影响，而控制系统是双馈风力发电机组的重要组成 部分，是发电机与电网之间的中枢系统，叶轮气动不对称对控制系统的影响不可忽略。现有 技术中没有明确针对叶轮气动不对称故障的诊断方法。 公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应 当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种双馈风力发电机组的叶轮气动不对称故障的诊断方 法，从而克服现有技术中没有明确针对叶轮气动不对称故障的诊断方法的缺陷。 为实现上述目的，本专利技术提供了一种双馈风力发电机组的叶轮气动不对称故障的 诊断方法，诊断方法包括如下步骤：在时间段t内同步采集叶轮的转速、双馈风力发电机的 转子和定子的单相电流、双馈风力发电机组的有功功率，并保存所采集的数据；在时间段t 内，选取叶轮的转速平稳的时间段h，并计算时间段^内的叶轮的转速平均值nw;判断转速 平均值nw是否小于叶轮的额定转速ηN;如果转速平均值小于叶轮的额定转速，则计算叶轮 的一倍转频fw，其中一倍转频fw=nw/60 ;将时间段h内转子的单相电流和/或定子的单 相电流进行希尔伯特包络解调，并确定转子的单相电流和/或定子的单相电流的包络解调 频谱图中是否存在故障频率nfw，其中η为正整数；如果存在故障频率nfw，则计算时间段h 内双馈风力发电机组的有功功率的平均值P;查询正常工况下转速平均值nw所对应的有功 功率基值P1;如果有功功率的平均值P小于有功功率基值Pi，则判定双馈风力发电机组存在 叶轮气动不对称故障。 优选地，上述技术方案中，诊断方法基于双馈风力发电机组的最大风能追踪控制 策略。 优选地，上述技术方案中，转速、转子的单相电流和定子的单相电流通过电流传感 器和数据采集仪进行采集。 优选地，上述技术方案中，数据采集仪还用于采集有功功率。 优选地，上述技术方案中，有功功率基值Ρ'Λ双馈风力发电机组固有的功率-转 速曲线中获得，或直接从风场初期的的运行数据中获取。 与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果： 本专利技术公开了叶轮气动不对称故障与双馈风力发电机组整个系统，尤其是与发电 机以及控制系统的关系，并在转子电流和定子电流中清晰地观察到了故障频率，明确地确 定机组的叶轮是否存在气动不对称故障，提高了诊断的准确性，且该方法容易实施。【附图说明】图1是根据本专利技术的的流 程图。 图2是根据本专利技术的数据采集的示意图。 图3是叶素翼型平面内的速度与受力示意图。图4是根据本专利技术的叶轮的气动不对称的等效图。 图5是根据本专利技术的双馈风力发电机的转子侧变换器矢量控制框图。 图6是根据本专利技术的定子的单相电流的纵向对比图。 图7是根据本专利技术的转子的单相电流的纵向对比图。 主要附图标记说明： 1-转速传感器，2-转子电流传感器，3-传感器组件，4-数据采集仪，5-风力机， 6-叶轮，7-增速箱，8-双馈风力发电机，9-变压器，10-并网，11-故障诊断分析，12-计算 机。【具体实施方式】 下面结合附图，对本专利技术的【具体实施方式】进行详细描述，但应当理解本专利技术的保 护范围并不受【具体实施方式】的限制。 除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语"包括"或其变 换如"包含"或"包括有"等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它 元件或其它组成部分。 实施例1 如图1所示，根据本专利技术【具体实施方式】的双馈风力发电机组的叶轮气动不对称故 障的诊断方法包括如下步骤： 1)利用转速传感器、电流传感器以及功率传感器分别在时间段t内同步采集双馈 风力发电机组的叶轮6的转速、双馈风力发电机的转子的单相电流、定子的单相电流以及 双馈风力发电机组的有功功率，并将所采集的数据保存到计算机内，以进行故障诊断分析。 2)在时间段t内，选取叶轮6的转速平稳的时间段tjt't)，并计算时间段心内 的叶轮6的转速平均值nw。 3)判断所述转速平均值nw是否小于叶轮6的额定转速ηN。 4)如果转速平均值n/j、于叶轮6的额定转速ηN，则计算叶轮6的一倍转频fw，其 中fw=nw/60;否则，返回步骤2)。 5)将时间段^内转子的单相电流和/或定子的单相电流进行希尔伯特包络解调， 并确定转子的单相电流和/或定子的单相电流的包络解调频谱图中是否存在故障频率nfw， 其中η= 1，2, 3···，即η为正整数。 6)如果存在故障频率nfw，则计算时间段t内的有功功率的平均值Ρ;否则，返回步 骤2)。 7)如果有功功率的平均值P小于正常工况下转速平均值nw所对应的有功功率基 值Pi，则可以判定双馈风力发电机组存在叶轮气动不对称故障；否则，双馈风力发电机组的 叶轮6存在其他故障。 具体地，作为一个实施例，可以根据机组固有的功率-转速曲线来查找有功功率 基值Pi，如图1所示。作为另一个实施例，可以直接从风场初期的运行数据中获取有功功率 基值Pi。 优选地，如图2所示，风力机5的叶轮6在风能带动下旋转，由于叶轮6的转速很 低，因此利用增速箱7进行升速，从而带动双馈风力发电机8高速旋转发电，然后再经变压 器9变比后并网10。转速传感器1、转子电流传感器2、定子电流传感器和功率传感器（二 者形成传感器组件3)的数据通过一台数据采集仪4来同时采集，然后数据采集仪将数据传 送至计算机12,以便进行故障诊断分析11。 实施例2 下面通过叶素翼型平面内的速度与受力来分析双馈风力发电机组的叶轮气动不 对称故障给气动转矩和有功功率带来的影响。 该实施例以动量叶素理论（BEM)为基础。叶素理论将叶片分割成N等份，假定每 一份叶素翼型均一致。叶素翼型平面内的速度与受力示意图如图3所示。对于旋转状态下 的风力机5 (如图2所示）的叶轮6而言，叶素气动力只考虑与叶轮旋转平面平行的切向牵 引力FT和与叶轮旋转平面垂直的轴向推力FN，其中，FT的作用是产生气动转矩并输出给双 馈风力发电机8 (如图2所示）。 正常情况下，三个叶片的桨距角均相等为β，三个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双馈风力发电机组的叶轮气动不对称故障的诊断方法，其特征在于，所述诊断方法包括如下步骤：在时间段t内同步采集所述叶轮的转速、所述双馈风力发电机的转子和定子的单相电流、双馈风力发电机组的有功功率，并保存所采集的数据；在所述时间段t内，选取所述叶轮的转速平稳的时间段t1，并计算所述时间段t1内的所述叶轮的转速平均值nw；判断所述转速平均值nw是否小于所述叶轮的额定转速nN；如果所述转速平均值小于所述叶轮的额定转速，则计算所述叶轮的一倍转频fw，其中所述一倍转频fw＝nw/60；将所述时间段t1内所述转子的单相电流和/或所述定子的单相电流进行希尔伯特包络解调，并确定所述转子的单相电流和/或所述定子的单相电流的包络解调频谱图中是否存在故障频率nfw，其中n为正整数；如果存在所述故障频率nfw，则计算所述时间段t1内双馈风力发电机组的有功功率的平均值P；查询正常工况下所述转速平均值nw所对应的有功功率基值P1；如果所述有功功率的平均值P小于所述有功功率基值P1，则判定所述双馈风力发电机组存在叶轮气动不对称故障。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：绳晓玲，万书亭，成立峰，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北;13