一种海上双馈电机定子绕组匝间短路故障辨识方法技术

本发明专利技术涉及一种海上双馈电机定子绕组匝间短路故障辨识方法，该方法包括如下步骤：获取待故障识别的海上双馈电机定子三相电压和定子三相电流；将定子三相电压和定子三相电流经改进的Park’s矢量法计算得到定子绕组匝间短路故障引起的2倍基频分量幅值I2p；判断匝间短路故障引起的2倍基频分量幅值是否到达故障预警值，若是则该待故障识别的海上双馈电机发生定子绕组匝间短路故障。与现有技术相比，本发明专利技术具辨识方法对电机定子电压不平衡和负载变化具有鲁棒性，辨别准确性强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种海上双馈电机故障辨识方法，尤其是涉及一种海上双馈电机定子绕组匝间短路故障辨识方法。
技术介绍
近年我国出台了一系列的政策和措施鼓励海上风电的发展，随着许多近海风电项目的顺利建成并网，我国的近海风电产业链已初步建成。在国家“十三五”能源规划中，深水、远海、大规模海上风电场已经成为我国海上风电发展的一个重要趋势；双馈风力发电系统中变频器仅流过转差功率，具有投资损耗小、发电效率高、谐波吸收方便等优点，使得双馈风电机组已成为深远海风力发电机的主流机型之一。大容量、深远海风电机组运行环境恶劣，故障率较高，据统计海上风电机组故障占风电场故障的90％以上，发电机是海上风电机组故障率较高的部件之一，其中定子绕组的故障占发电机故障的38％，匝间短路是电机定子绕组故障的主要形式，如果匝间短路得不到及时维修，则其可以在以很短的时间内演变成相间短路，甚至引起接地短路等故障。另外，由于海上风电机组一旦发生故障时，其维修难度大、维护时间长、维修费用高以及停运损失大等，因此，迫切需要及早发现海上风电机组的电气缺陷，以免故障恶化导致毁灭性事故的发生。现有的风电机组故障辨识方法可分为传统的经典方法、数学方法，以及智能化的故障诊断方法三大类，其中最经典、发展最成熟以及应用最广泛的是频谱分析法。电机发生定子绕组匝间短路故障直接影响的是定子电流，作者李俊卿等人在电力系统自动化上发表的题名为：双馈感应电机定子绕组匝间短路故障稳态分析的文章，该文章分析了故障前后的定子电流，指出当电机定子绕组发生匝间短路故障时定子电流将会出现fs＝(n(1-s)/p±k)f次谐波(其中s为转差率；f为电源供电频率；n＝1,2,3…；k＝1,3,5…；p为电机的极对数)，通过监测上述谐波幅值的变化实现早期故障辨识；M.hamed Drif等人在IEEE Transaction on Industrial Information上发表了题名为：Stator Fault Diagnostics in Squirrel Cage Three-Phase Induction Motor Drives Using the Instantaneous Active and Reactive Power Signature Analyses的文章，该文章分析了定子绕组匝间短路故障对定子电流带来的影响的基础上，提出以定子单相瞬时有功和无功功率的2倍基频分量作为故障特征量的故障辨识方法；马宏忠等在电力系统自动化上发表了题名为：基于转子瞬时功率谱的双馈风力发电机定子绕组故障诊断的文章，该文章提出将转子单相瞬时功率2倍基频分量的幅值作为故障特征量，辨识定子绕组匝间短路故障；S.Sarkar等在2013IEEE 1st International Conference on Condition Assessment Techniques in Electrical Systems上发表了题名为：Wavelet and SFAM Based Classification of Induction Motor Stator Winding Short Circuit Faults and Incipient Insulation Failures的文章，该文章提出扩展Park’s矢量法，以Park’s矢量模的2倍基频分量作为故障特征量，能够实现定子绕组匝间短路的早期故障辨识，但易受实际运行工况中常见的定子电压不平衡和负载变化的影响，从而导致误判和漏判。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种海上双馈电机定子绕组匝间短路故障辨识方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种海上双馈电机定子绕组匝间短路故障辨识方法，该方法包括如下步骤：(1)获取待故障识别的海上双馈电机定子三相电压和定子三相电流；(2)将定子三相电压和定子三相电流经改进的Park’s矢量法计算得到定子绕组匝间短路故障引起的2倍基频分量幅值I2p：I2p＝3Ip|Ifn|，|Ifn|为匝间短路故障引起的负序电流幅值，Ip为定子正序电流幅值；(3)判断匝间短路故障引起的2倍基频分量幅值是否到达故障预警值，若是则该待故障识别的海上双馈电机发生定子绕组匝间短路故障。所述的步骤(2)具体为：(201)根据定子三相电压计算得到定子负序电压Vun＝Vun∠φn＝Vunx+jVuny，Vun为定子负序电压幅值，φn为定子负序电压初相角，φn＝arctan(Vuny/Vunx)；(202)根据定子三相电流计算得到定子正序电流和定子负序电流其中，Ip为定子正序电流幅值，为定子正序电流初相角，In为定子负序电流幅值，为定子负序电流初相角，(203)获取负序阻抗角(204)根据公式(1)计算得到匝间短路故障引起的负序电流Ifn： I f n = I n - I u n - I a n = I n - V u n 1 / t a n ( θ n ) + j [ a 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海上双馈电机定子绕组匝间短路故障辨识方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)获取待故障识别的海上双馈电机定子三相电压和定子三相电流；(2)将定子三相电压和定子三相电流经改进的Park’s矢量法计算得到定子绕组匝间短路故障引起的2倍基频分量幅值I2p：I2p＝3Ip|Ifn|，|Ifn|为匝间短路故障引起的负序电流幅值，Ip为定子正序电流幅值；(3)判断匝间短路故障引起的2倍基频分量幅值是否到达故障预警值，若是则该待故障识别的海上双馈电机发生定子绕组匝间短路故障。

【技术特征摘要】
1.一种海上双馈电机定子绕组匝间短路故障辨识方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)获取待故障识别的海上双馈电机定子三相电压和定子三相电流；(2)将定子三相电压和定子三相电流经改进的Park’s矢量法计算得到定子绕组匝间短路故障引起的2倍基频分量幅值I2p：I2p＝3Ip|Ifn|，|Ifn|为匝间短路故障引起的负序电流幅值，Ip为定子正序电流幅值；(3)判断匝间短路故障引起的2倍基频分量幅值是否到达故障预警值，若是则该待故障识别的海上双馈电机发生定子绕组匝间短路故障。2.根据权利要求1所述的一种海上双馈电机定子绕组匝间短路故障辨识方法，其特征在于，所述的步骤(2)具体为：(201)根据定子三相电压计算得到定子负序电压Vun为定子负序电压幅值，φn为定子负序电压初相角，φn＝arctan(Vuny/Vunx)；(202)根据定子三相电流计算得到定子正序电流和定子负序电流其中，Ip为定子正序电流幅值，为定子正序电流初相角，In为定子负序电流幅值，为定子负序电流初相角，(203)获取负序阻抗角(204)根据公式(1)计算得到匝间短路故障引起的负序电流Ifn： I f n = I n - I u n - I a n = I n - V u n 1 / t a n ( θ n ) + j [ a 0 + a 1 V u n + a 2 s i n ( 2 φ n ) + a 3 c o s ( 2 φ n ) + a 4 I p x + a 5 I p y 2 ] - ( b 0 + b 1 I p x + b 2 I p x 2 + b 3 I p y + b 4 I p y 2 ) - - - ( 1 ) ]]>其中Iun为定子电压不平衡引起的负序电流，Ian为负载变化引起的负序电流，ai和bj为负序电流的特性参数，其中i＝0,1,2,3,4,5，j＝0,1,2,3,4；(205)计算I2p＝3Ip|Ifn|得到定子绕组匝间短路故障引起的2倍基频分量幅值I2p。3.根据权利要求2所述的一种海上双馈电机定子绕组匝间短路故障辨识方法，其特征在于，负序电流的特性参数ai和bj通过预先对与待故障识别的海上双馈电机相同的测试电机进行参数辨识来获取。4.根据权利要求3所述的一种海上双馈电机定子绕组匝间短路故障辨识方法，其特征在于，负序电流的特性参数ai和bj具体通过如下方式来获取：(a1)对于公式(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏书荣，张路，符杨，王健，米阳，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海;31