[发明专利]一种诊断双馈异步风力发电机定子匝间短路故障的方法

说明书

本发明一种诊断双馈异步风力发电机定子匝间短路故障的方法，步骤1：在abc坐标系上建立双馈异步发电机短路故障诊断数学模型，将数学模型从abc坐标系转换到dq坐标系，求得双馈异步发电机电压及磁链方程，再将电压及磁链方程表示成双馈异步发电机状态空间方程；步骤2：依据步骤1中得出的双馈异步发电机状态空间方程，基于MATLAB/SIMULINK软件平台搭建双馈异步发电机故障诊断电路模型，通过电路模型仿真得到对应不同μ值情况下的定子电流时域波形图；步骤3：分别对比μ＝0和μ≠0时频谱图的幅值变化特征，提取判断定子匝间短路的故障特征，用于双馈异步发电机的短路诊断。本发明保证了电机整体结构运行的完整性，诊断结果可靠性强。

技术领域

本发明涉及一种诊断双馈异步风力发电机定子匝间短路故障的方法，属于驱动电机状态检测与故障诊断技术领域。

背景技术

双馈异步发电机定子绕组内邻接匝或几匝线圈绝缘层的损坏会造成定子匝间短路故障，这种故障的发生几率占电机所有故障类型的15％以上，是电机故障的主要类型之一。微小的匝间故障会在短路环内形成短路电流，从而导致电机短路处越来越热，损坏邻近的绝缘层而引发更大的线圈短路危害。因此必须进行及时处理，避免后期出现更严重的电机故障。

截至目前，国内外对双馈异步发电机定子绕组故障诊断的研究仍未构成体系。Mirzoian学者和Williamson学者在1985年首次提出感应电机定子绕组故障的在线监测方法；罗马尼亚Timisoara工业大学学者Jensen B.B.和Popa L.M.运用实验的方法在定子绕组上并联电抗模拟定子绕组匝间短路故障，实时监测定转子电流并进行相应分析；意大利Bologna大学学者Rossi C、Stefani A和法国Picardie大学学者Yazidi A通过分析转子电流调制信号的方法检测定子绕组故障；加拿大Victoria大学学者Nandi S和Shah D提出一种基于探测线圈电压及转子电流谐波量诊断定子匝间短路故障的方法，效果较为理想；Dinkhauser V等学者针对电机故障的判别，构建状态观测器重构DFIG的内部状态加以诊断，方法新颖但搭建困难。

本发明涉及的一种基于HHT和FFT方法对比的双馈异步发电机定子匝间短路故障诊断研究的新方法，诊断可靠性高，可操作性强。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种诊断双馈异步风力发电机定子匝间短路故障的方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种诊断双馈异步风力发电机定子匝间短路故障的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：在abc坐标系上建立双馈异步发电机短路故障诊断数学模型，将数学模型从abc坐标系转换到dq坐标系，求得双馈异步发电机电压及磁链方程；为了进行双馈异步发电机的仿真，再将电压及磁链方程表示成双馈异步发电机状态空间方程；

步骤2：依据步骤1中得出的双馈异步发电机状态空间方程，基于MATLAB/SIMULINK软件平台搭建双馈异步发电机故障诊断电路模型，通过电路模型仿真得到对应不同μ值情况下的定子电流时域波形图；

步骤3：使用傅里叶FFT变换对不同μ值的定子电流时域波形图进行频域转换，分析Fourier频谱图，分别对比μ＝0和μ≠0时频谱图的幅值变化特征，μ表示短路线匝占本相线匝的比例，0≤μ＜1，提取判断定子匝间短路的故障特征，用于双馈异步发电机的短路诊断。

作为优选方案，所述步骤3：使用希尔伯特-黄HHT变换对不同μ值的定子电流时域波形图进行频域转换，分析Hilbert边际谱图，分别对比μ＝0和μ≠0时频谱图的幅值变化特征，μ表示短路线匝占本相线匝的比例，0≤μ＜1，从而提取判断定子匝间短路的故障特征，用于双馈异步发电机的短路诊断。

作为优选方案，所述步骤1包括：