[发明专利]双馈异步风力发电机转子绕组不平衡故障诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双馈异步风力发电机转子绕组不平衡故障诊断方法，属于驱动电机状态检测与故障诊断技术领域。

背景技术

双馈异步电机(DFIG)在实际工作中很容易发生转子绕组一相接触不良而引发电机不平衡故障，严重时甚至绕组导线断股造成停机等重大事故。而由于转子绕组接有外电路且连接一个背靠背变频器，在电机转子绕组发生不平衡故障的初期很难得到有效的诊断和及时的维修。因此，如何有效准确检测出双馈异步电机转子绕组初期不平衡故障，具有重要意义。

国内外学者针对双馈异步风机转子绕组不平衡故障诊断的研究不断深入，但仍未形成完整的诊断体系。有学者利用有限元方法建模分析故障产生的负序电流，观察电机转子绕组的故障特征发展情况。Jensen B.B.和Popa L.M.在转子回路串电阻电感，用实验证实了检测定转子电流信号对定转子不平衡故障的有效性。Yazidi A学者利用MATLAB建模得出控制系统为电流型时转子电压比转子电流更适合作为转子故障诊断的特征信号。ZaggoutM学者利用转子变流器控制回路信号进行频谱分析寻找故障特征量，规避反馈信号影响，但会受到噪音影响，可靠性不高。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种双馈异步风力发电机转子绕组不平衡故障诊断方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种双馈异步风力发电机转子绕组不平衡故障诊断方法，包括步骤如下：

步骤1：在软件PSCAD的仿真环境中，分别对双馈异步发电机、转子侧变换器、网侧变换器以及控制模块进行建模；拟设置A相为故障研究相，基于PSCAD/EMTDC电力系统仿真软件在转子绕组的A相串接阻抗来模拟转子绕组不平衡故障；

步骤2：将在步骤1软件中模拟得到正常情况下及故障情况下的定子侧电流矢量、电压矢量，将正常情况下及故障情况下定子侧功率计算公式导入双馈异步发电机仿真模型中，得到正常情况下及故障情况下定子侧的瞬时功率；分别对正常情况下及故障情况下定子侧的瞬时功率进行滤除直流分量处理后，进行FFT变换；寻找转子绕组发生不平衡故障时定子瞬时功率中的谐波分量，提取谐波分量故障前后幅值变化最明显的故障特征频率，作为定子侧瞬时功率诊断转子绕组诊断不平衡故障的故障特征量；分别对正常情况下及故障情况下转子电流滤除直流分量处理后，进行FFT变换；寻找转子绕组发生不平衡故障时转子电流中的谐波分量，提取谐波分量故障前后幅值变化最明显的故障特征频率，作为转子电流诊断转子绕组诊断不平衡故障的故障特征量；该故障特征频率为3sf₁；

步骤3：在仿真平台设置不同转差率，在同一转差率情况下，依据仿真频谱图分析转子电流和定子瞬时功率对应故障特征频率幅值的变化大小，逐渐加重转子绕组不平衡度，记录转子电流和定子瞬时功率对应故障特征频率幅值的定量变化率，定量变化率越高，灵敏度越高，最后，随着不平衡度的加深，比较定子瞬时功率的故障特征频率的幅值变化与转子电流的故障特征频率的幅值变化，将两者间变化更大的故障特征量作为双馈异步风力发电机转子绕组不平衡故障诊断更有效的故障特征量；

进一步的，所述步骤1包括：

步骤1.1：转子侧变换器和网侧变换器由2个背靠背的电压型PWM变换器构成，转子侧变换器采用SVPWM矢量控制的控制策略；网侧变换器采用电网电压定向的矢量控制策略，经过坐标变换输出给定电压值与三角波发生器输出比较得到网侧变换器IGBT的控制信号；

步骤1.2：采用绕线式异步电机接背靠背变频器的方式模拟仿真双馈异步风力发电机模型；在异步电机动力输入端口接一个风速的模拟单元模拟风速的变化；将双馈异步电机输出经过变压器接入无穷大电网系统中实现并网运行的模拟；考虑与实验的一致性，基于PSCAD软件仿真在电机定子绕组A相连接阻抗作为故障相来模拟电机转子绕组的三相不对称故障。

进一步，所述步骤2包括：

步骤2.1：由步骤1在软件中模拟得到正常情况下及故障情况下定子侧的电流值和电压值，根据以下公式可得正常情况下定子侧瞬时功率：

其中，ω₁为电网电压的角频率；为基波电流滞后于电压的相位角；I_m1为基波电流的幅值；U_m1为基波线电压的幅值；

根据以下公式可得故障情况下定子侧瞬时功率：