[发明专利]一种风电机组变频器智能故障诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风电机组变频器智能故障诊断方法，属于风力发电技术领域。

背景技术

随着国家加大对风电产业的投入，风能在不久的将来会成为重要的原始能源之一，因此对风力发电机本身能够在受到外界干扰或自身故障时能够及早采取补救措施以达到不间断运行的能力要求也在增加，能够自动维护和甚至修复的风力发电系统对未来风电场的监控和管理有积极作用。新疆是多风的地区，风次数多，持续的时间长，每年风能理论蕴藏量约为3万亿千万小时。新疆九大风能区的总面积可达15万平方公里，风能资源约占全国总量的37％，可装机容量在8000万千瓦以上，本研究立足新疆风电场，研究对象是变速恒频风力发电机，主要是对双馈感应风力发电机变频器运行中的故障进行诊断、评估与分类，找出故障的类型和位置，在风力发电机运行过程中能够弥补一些由于故障对其性能造成的影响，为风力发电机系统的维护、监控及管理做好前期准备。

风力发电机有很多种，而并网风力发电机主要有双馈式和直驱式以及鼠笼式。其中，除鼠笼式以外，其余两种都需要通过变频器接入电网，所不同的是：直驱式风力发电机是定子侧通过变频器接入电网的，双馈式是转子侧通过变频器接入电网的。交-直-交变频器主要是由电力电子整流电路，逆变电路和斩波电路这些通用的电力电子电路组成。

国内学者在变频器故障方面也得出了很多研究成果。变频器所处现场往往环境恶劣，高温发热，油水脏污，灰尘，以及交变的电磁干扰等都无法估计，既影响变频器性能也极易导致变频器故障，如文献(孙丰涛，张承慧，崔那信，杜春水.变频器故障诊断技术研究与分析[J].电机与控制学报2005，9(3)：272-279.)就对变频器受到环境温度、载波频率、泵升电压、电源电压的影响作了研究。此外，由于目前变速恒频式风力发电机，尤其是双馈式风力发电机在应对电网故障能力方而存在较大缺陷。电网发生故障容易导致风力发电机机端电压跌落，造成发电机定子电流增加。由于转子与定子之间的强耦合，快速增加的定子电流会导致转子电流急剧上升。此外，由于风机的调节速度较慢，故障前期风机吸收的风能不会明显减少，而发电机由于机端电压降低，不能正常向电网输送电能，即有一部分能量无法输入电网，这些能量由系统内部消化，将导致直流侧电容充电、直流电压快速升高、电机转子加速、电磁转矩突变等一系列问题。上述问题容易导致系统元器件的损坏。目前国内外单对通用电力电子电路的智能诊断方法已有很多研究，使用的方法也多种多样，如文献(郑连清，邹涛，娄洪立.电力电子主电路故障诊断方法研究[J].高电压技术，2006，32(3)：84-98.)从介绍故障诊断的定义开始，介绍了变频器的故障分类及国内外变频器故障研究的现状，从理论上介绍了几种常见的变频器故障诊断方法，特别是基于信号处理技术、故障树技术和神经网技术的变频器故障诊断方法，并预测了其它有可行性的新的变频器故障诊断方法。至于单个的整流电路的故障诊断，国内外已有相当数量的研究，如文献(肖岚，李睿.逆变器并联系统功率管开路故障诊断研究.中国电机工程学报Vol.26 No.4 Feb.2006)提出了该文通过仿真和实验，对无输出隔离变压器的逆变器并联系统功率管开路故障诊断进行了研究。以半桥逆变器为例，分析了逆变器并联系统在功率管开路故障下的等效电路和故障表现形式，提出了几种故障识别方案。通过检测并联系统各模块电感电流，在两台并联实验样机上实现了故障识别和故障模块的在线切除，验证了方案的可行性。关于这方面甚至已经有人大胆将神经网络技术和小波分析技术用于整流电路研究，并取得了一定进展，如文献(张晓波，王占霞，张新燕，王维庆.基于PSIM和Matlab的变频器故障仿真分析[J].电网技术，2010，34(3)：79-84.)对电力电子整流电路进行了分类。引入了多尺度分析的小波变换，通过检测模的极大值来检测信号突变，并考虑控制角，形成故障的定位特征向量。并以该特征向量对BP神经网进行训练，实现最终的故障诊断网络。