[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

摘要

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。

主权项

1.一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。

2.根据权利要求1所述的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：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。

3.根据权利要求1所述的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：所述步骤1包括：

步骤1.1：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，其中as₂表示短路线匝，μ表示短路线匝占本相线匝的比例，且当μ＝0时绕组为正常状态；用μL_ls表示短路线匝的漏感，L_ls为每相漏感；设置短路故障阻抗为电阻阻抗Z_f；

abc坐标下的数学模型表示为：

v_s＝R_si_s+dλ_s/dt

0＝R_ri_r+dλ_r/dt     (1)

其中，V_s：定子电压，R_s：定子电阻矩阵、i_s：定子电流、λ_s:定子磁链、R_r：转子电阻矩阵、i_r：转子电流、λ_r:转子磁链、t：时间变量；

其中各量的求解公式如下：

v_s＝[v_as1 v_as2 v_bs v_cs]^T

i_s＝[i_as (i_as‑i_f) i_bs i_cs]^T

i_r＝[i_ar i_br i_cr]^T

λ_s＝[λ_as1 λ_as2 λ_bs λ_cs]^T＝L_ssi_s+L_sri_r

λ_r＝[λ_ar λ_br λ_cr]^T＝L_sri_s+L_rri_r         (2)

其中，V_as1：A相线匝除去短路线匝的电压；

V_as2：短路线匝的电压；

V_bs：定子B相电压；

V_cs：定子C相电压；

i_as、i_bs、i_cs：A、B、C三相定子电流；i_ar、i_br、i_cr：A、B、C三相转子电流；

i_f：励磁电流；

λ_as1：A相线匝除去短路线匝的磁链；

λ_as2：短路线匝的磁链；

λ_bs：B相定子磁链；

λ_cs：C相定子磁链；

λ_ar、λ_br、λ_cr：A、B、C三相转子磁链；

L_ss：定子互感；

L_sr：定转子互感；

L_rr：转子互感；

式(1)中的定子、转子电阻矩阵如下所示：

R_s＝R_sdiag[1 ‑μ μ 0 0]

R_r＝R_rI_3×3          (3)

I_3×3：定转子3X3电流正矩阵；

式(2)中的定子、转子电感矩阵如下所示：

L_ls：定子每相漏感；L_ms：定子每相励磁电感；

步骤1.2：将数学模型