[发明专利]基于双馈风力发电机转子侧电量信息的碳刷和滑环火花监测方法

说明书

一种基于双馈风力发电机转子侧电量信息的碳刷和滑环火花监测方法，包括如下步骤：1)机组并网运行时，实时采集发电机转子三相电流i_A、i_B、i_C，利用Morlet小波，分别对其进行变换；2)提取小波脊线；3)根据小波脊线得出瞬时频率信息，检测瞬时频率中是否存在特征频率，即50Hz；4)对转子三相电流信号进行滤波、加窗、插值之后，进行FFT变换，分别比较当前在转子基频和50Hz处频谱幅值与正常工况下在转子基频和50Hz处频谱幅值的差异，如果两处幅值都有减小的趋势，判定为发生打火。本发明直接采集转子三相电流，数据获取方便，对双馈风电机组碳刷和滑环间打火的早期诊断具有一定的工程应用价值。

技术领域

本发明属于风电机组的在线故障诊断技术领域，涉及双馈风力发电机碳刷和滑环火花监测方法。

背景技术

对于MW级的双馈风电机组，励磁电流较大，通常同一相分布着多个碳刷，也使相互之间的均流效果难以得到保证。实际运行中，碳刷和滑环间电阻的变化，极易导致电刷电流的二次分配，使部分碳刷和滑环高温过热，再加上周围空气湿度大，两者之间发生打火的几率会显著增加，轻则损坏碳刷，重则造成发电机滑环及转轴的损坏，影响发电机的正常运行。

实际中导致碳刷与滑环间出现电火花的原因很多，比如：整机的振动过大，引起电刷振动过大；滑环表面有灼伤或表面粗糙使两者接触不良；碳刷运行过热和周围环境湿度大；恒压弹簧压力不够导致碳刷在刷握内摇摆等。若能够对火花进行诊断，及时更换碳刷，将有非常重要的过程意义。

目前双馈风力发电机组碳刷和滑环火花的监测可通过光电管监测法、电刷电流、接触电压的峰值等手段，但是这些方法大都需要增加设备，不仅成本大，而且可靠性不高、适应性较差。近来各研究机构及风机制造商也对两者间的火花监测进行了相关研究，以及公布了一些文章和专利，但大都从电刷电流的角度出发。如“双馈异步发电机电刷滑环电阻变化理论与仿真研究”，该方法通过对电刷与滑环的等效电阻进行分析，测量每个碳刷的电流并进行傅里叶变换，提取特征分量。该方法需要对电刷电流进行处理，在现有风机硬件基础上难以实现。

发明内容

为了克服现有的双馈风力发电机碳刷和滑环火花监测方式的成本大、可靠性较差、适应性较差的不足，本发明提供一种简单易行、准确性良好、适用性较好的基于双馈风力发电机转子侧电量信息的碳刷和滑环火花监测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于双馈风力发电机转子侧电量信息的碳刷和滑环火花监测方法，所述监测方法包括如下步骤：

1)机组并网运行时，实时采集发电机转子三相电流i_A、i_B、i_C。利用Morlet小波，分别对其进行变换；

2)提取小波脊线；

3)根据小波脊线得出瞬时频率信息，检测瞬时频率中是否存在特征频率，即50Hz；

4)对转子三相电流信号进行滤波、加窗、插值之后，进行FFT变换，分别比较当前在转子基频和50Hz处频谱幅值与正常工况下在转子基频和50Hz处频谱幅值的差异，如果两处幅值都有减小的趋势，判定为发生打火。

进一步，所述步骤1)中，需实时采集发电机转子侧的电流，实际中可采用变流器采集的三相转子电流。

再进一步，在步骤1)中，对转子三相电流进行处理的过程如下：

1.1)设ψ(t)为平方可积函数，即ψ(t)∈L²(R)，如果Fourier变换满足容许性条件：

则ψ(t)为母小波，将其按照尺度参数a和平移参数b进行伸缩和平移，生成的函数族{ψ_a,b(t)}为分析小波。