监测多绕组组定子制造技术

描述了一种在操作期间监测发电机（13）的定子的第一绕组组（15）和至少一个第二绕组组（23）的方法，所述方法包括：获得从所述第一绕组组（15）产生的第一功率（17、19、21）的二次谐波的第一强度（X1、2f）；获得从所述第二绕组组（23）产生的第二功率（25、27、29）的二次谐波的第二强度（X2、2f）；基于所述第一强度（X1、2f）和所述第二强度（X2、2f）之间的二次谐波功率差诊断所述第一绕组组（15）和/或所述第二绕组组（23）。

Monitoring multi winding group stator

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】监测多绕组组定子
本专利技术涉及一种在操作期间监测发电机的定子的第一绕组组和至少一个第二绕组组的方法和装置。此外，本专利技术涉及一种包括所述装置的发电机，并且还涉及一种包括所述发电机的风力涡轮机。
技术介绍
多定子电机包括具有两个或更多组绕组的定子。所述绕组组中的一者或多者可能因数个原因而发生故障。例如，高电阻连接通常可能由松动连接（因不良工艺、热循环和振动或者因点蚀、腐蚀或污染所致的接触表面的损坏）导致，其可能演变为开路故障。此外，可能由于过热和过度振动而造成继发损坏，一些示例是绝缘损坏、铜导体的熔化、短路故障和火灾。因此，考虑此类故障情况的高经济影响，最终导致发电机更换，至关重要的是，将可靠诊断方法并入到转换器/涡轮机控制器中以保护风力涡轮机、并且通常是保护发电机。理想地，一种诊断方法应该能够在不产生错误警报的情况下在早期检测到故障。用以检测发电机的定子中的高电阻连接的一些常规使用的技术可以基于：借助于红外热成像的目视检查；静止/离线测试（例如电阻测量）；对相电流和/或电压中的负序分量的分析；零序电压；以及高频信号注入。常规上，对定子不对称性的诊断可以集中在对短路匝的检测，从而显示某种程度上类似于高电阻连接的故障特征。因此，可能需要一种用于监测发电机的定子的第一绕组组和至少一个第二绕组组的方法和装置，其使得能够可靠和在线监测所述绕组组，并且易于执行和实现。
技术实现思路
此需求可以由根据独立权利要求的主题满足。从属权利要求描述本专利技术的有利实施例。本专利技术的实施例提供一种故障诊断方法，其被配置成用于特别在风力涡轮机中采用的发电机的在线状况监测和保护。本专利技术的实施例允许检测多定子永磁发电机中的高电阻连接，从而使得转换器控制器能够停止操作或者应用其他措施，例如关闭故障绕组组。本专利技术的实施例可以检测高电阻连接或短路匝、转换器开路故障、电流传感器故障、电和磁不对称性以及静态偏心率。因此，本专利技术并不限于检测发电机的定子的一个或多个绕组组的高电阻连接。根据本专利技术的一实施例，提供一种在操作期间监测发电机的定子的第一绕组组和至少一个第二绕组组的方法，所述方法包括：获得从第一绕组组产生的第一功率的二次谐波的第一强度；获得从第二绕组组产生的第二功率的二次谐波的第二强度；基于所述第一强度和所述第二强度之间的二次谐波功率差诊断所述第一绕组组和/或所述第二绕组组。所述方法可以用软件和/或硬件实现，并且可以特别在发电机（特别是风力涡轮发电机）的操作期间执行，例如由风力涡轮机控制器或风力发电站控制器执行。所述第一绕组组和所述至少一个第二绕组组可以特别是多相绕组组，诸如三相绕组组。从而，每一绕组组可以包括多根线，诸如三根线，其缠绕在定子轭的槽中的齿周围。可以应用不同缠绕方案。所述发电机还可以包括相对于定子可旋转地支撑的转子，其中特别是多个永磁体附接在转子处。在转子旋转时，在第一绕组组中和至少一个第二绕组组中感生出电压，从而实现电能的产生。所述方法可以在转子相对于定子旋转时并且在发电机产生电能时实施。取决于相对于定子旋转的转子的旋转速度，发电机可以在第一绕组组和第二绕组组处输出相应AC功率通量或功率流。从而，第一功率和第二功率由分别承载在第一绕组组和第二绕组组中的电压和电流给出。第一功率以及第二功率可以包括有功功率和/或无功功率。根据本专利技术的实施例，仅（第一和第二绕组组的）无功功率分量用于诊断或仅有功功率分量用于诊断或有功功率分量和无功功率分量两者都被用于诊断所述第一绕组组和至少一个第二绕组组。二次谐波可以是（相应绕组组的输出电压和/或输出电流的）振荡，其以两倍于发电机的基本电频率的频率振荡。在不存在劣化或故障的理想情况下，预期所述绕组组中的任一者仅递送基本电频率的功率流，使得二次谐波基本上为零。在相应功率的二次谐波不为零或不小于阈值的情况下，可能已经指示相应绕组组至少部分地发生故障。二次谐波的第一强度和二次谐波的第二强度可以获得或被定义为具有两倍于基本电频率的频率的振荡的振幅。二次谐波功率差是第一功率的二次谐波的第一强度和第二功率的二次谐波的第二强度之间的差。如果在第一强度和第二强度之间存在偏差，则可能指示所述绕组组中的一者、特别是具有二次谐波的较高强度的一者至少部分地发生故障，诸如表现高电阻连接或松动连接或其他缺陷。电机的至少一个相中的高电阻连接可能导致额外电压降，从而导致不对称/不平衡端子电压和/或相电流。因此，如果高电阻连接存在于所述绕组组中的一者中，则预期此特定绕组组的电压降高于（健康或未受损）绕组组。尽管事实是大多数大型机器在某种程度上是固有地不平衡的（这将如下文所解释的那样通过施加偏移来考虑），但是可以通过如在本专利技术的实施例中提出的合适状况监测方法来检测正常操作和故障操作之间的变化。本专利技术的实施例可以用于闭环控制系统（例如矢量控制驱动器、直接转矩控制驱动器等等），其中电气量中所包含的故障信息可能因为所采用的控制策略和控制器的带宽而并不限于相电流。因此，由于组合了电流和电压中所包含的故障信息，因此瞬时功率的使用似乎是有吸引力的。本专利技术的实施例的一个基本原理是监测多定子发电机的所有定子（即，定子绕组）中的有功和无功瞬时功率中的二次谐波，并且出于诊断目的利用不同定子之间的偏差。通过使用来自多个定子的信息，与常规方法相比，可以提高所述诊断方法的稳健性和灵敏度。特别地，可以提高抵抗瞬变（诸如速度和功率变化）的稳健性。此外，可以避免可能已经在常规方法中因瞬变和固有不对称性引起的错误警报。特别地，根据本专利技术的实施例，还可以在低负载条件和低严重性故障下实现故障检测。因此，可以提供一种可靠和稳健诊断方法。根据本专利技术的一实施例，所述方法还包括：获得第一功率的第一功率时间平均值；获得第二功率的第二功率时间平均值；其中所述诊断涉及形成功率差比，所述功率差比与所述二次谐波功率差与第一功率时间平均值和第二功率时间平均值的总和、特别是平均值之间的比成比例。可以通过在特定时间间隔、特别是移动时间间隔内求平均值来获得第一功率时间平均值和第二功率时间平均值。相应功率时间平均值可以与振荡功率通量或功率流的振幅成比例。可以将二次谐波功率差除以第一功率时间平均值和第二功率时间平均值的总和以获得功率差比。当形成此比时，将所述差归一化为两个绕组组的功率输出的平均值，从而适当地使二次谐波功率差与相关功率阶数相关。当考虑所述比用于进一步分析时，阈值可能无需取决于负载，而是可以设置为固定值。在其它实施例中，二次谐波功率差被认为没有形成所述比，但是然后可以将相应阈值设置成取决于负载或功率。形成功率差比可以进一步简化所述方法，并且可以特别简化设置所述阈值。根据本专利技术的一实施例，诊断涉及将由功率差比得出的项与差阈值进行比较，其中如果所述项的绝对值大于差阈值，则第一或第二绕组组中的一者被诊断为发生故障。当所述项的绝对值大时，第一强度和第二强度之间的差大，从而指示所述绕组组中的一者发生故障。所述项可以作为从功率差比移位一偏移量的值而获得。通过如此考虑所述项、而非功率差比，可以考虑到第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在操作期间监测发电机（13）的定子的第一绕组组（15）和至少一个第二绕组组（23）的方法，所述方法包括：/n获得从所述第一绕组组（15）产生的第一功率（17、19、21）的二次谐波的第一强度（X1、2f）；/n获得从所述第二绕组组（23）产生的第二功率（25、27、29）的二次谐波的第二强度（X2、2f）；/n基于所述第一强度（X1、2f）和所述第二强度（X2、2f）之间的二次谐波功率差诊断所述第一绕组组（15）和/或所述第二绕组组（23）。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170822 DE 102017214670.21.一种在操作期间监测发电机（13）的定子的第一绕组组（15）和至少一个第二绕组组（23）的方法，所述方法包括：
获得从所述第一绕组组（15）产生的第一功率（17、19、21）的二次谐波的第一强度（X1、2f）；
获得从所述第二绕组组（23）产生的第二功率（25、27、29）的二次谐波的第二强度（X2、2f）；
基于所述第一强度（X1、2f）和所述第二强度（X2、2f）之间的二次谐波功率差诊断所述第一绕组组（15）和/或所述第二绕组组（23）。


2.根据前述权利要求所述的方法，其还包括：
获得所述第一功率（17、19、21）的第一功率时间平均值（X1、DC）；
获得所述第二功率（25、27、29）的第二功率时间平均值（X2、DC）；
其中所述诊断涉及形成功率差比（d12），所述功率差比（d12）与所述二次谐波功率差与所述第一功率时间平均值（X1、DC）和所述第二功率时间平均值（X2、DC）的总和、特别是平均值之间的比成比例。


3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中诊断涉及比较由所述功率差比（d12）减去差阈值（T12）得出的项（d12-Doffset），
其中，如果所述项的绝对值大于所述差阈值（T12），则所述第一绕组组（15）或所述第二绕组组（23）中的一者被诊断为发生故障。


4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述项形成为所述功率差比（d12）减去与都在正常状态下的所述第一绕组组（15）和所述第二绕组组（23）之间的功率输出的预期差有关的偏移（Doffset）。


5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述二次谐波（2f）与基本电频率（f）的两倍相关，所述基本电频率与相对于所述定子旋转的转子的旋转速度成比例。


6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其还包括：
形成第一功率比（d1），所述第一功率比（d1）与所述第一强度（X1、2f）和所述第一功率时间平均值（X1、DC）之间的比成比例；
将所述第一功率比（d1）与第一阈值（T1）进行比较；
形成第二功率比（d2），所述第二功率比（d2）与所述第二强度（X2、2f）和所述第二功率时间平均值（X2、DC）之间的比成比例；
将所述第二功率比（d2）与第二阈值（T2）进行比较；
如果以下情况发生，则将所述第一绕组组和所述第二绕组组诊断为发生故障：
所述第一功率比（d1）大于所述第一阈值（T1）；并且
所述第二功率比（d2）大于所述第二阈值（T2）；并且
所述项（d12-Doffset）的绝对值小于所述差阈值（T12）。


7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述第一功率（17、19、21）和/或所述第二功率（25、27、29）包括有功功率（p）和/或无功功率（q），其中对于有功功率和/或无功功率，获得所述功率的所述二次谐波的相应强度和/或相应二次谐波功率差和/或相应功率时间平均值和/或相应功率差比（d12有功,d12无功）并且将其单独地或组合地用于所述诊断。


8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述差阈值（T12）、所述第一阈值（T1）和所述第二阈值（T2）中的至少一者或全部是固定的或取决于负载的...

【专利技术属性】
技术研发人员：NMA弗赖雷，
申请(专利权)人：西门子歌美飒可再生能源公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK