[發明專利]基于雙饋風力發電機組定子電流的槳葉不平衡故障診斷方法

有效

• 申請號: 201610234955.2
• 申請日: 2016-04-15
• 公開（公告）號: CN105756864B
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 許國東;黃佳佳;史曉鳴;婁堯林
• 申請（專利權）人: 浙江運達風電股份有限公司
• 主分類號: F03D17/00
• 分類號: F03D17/00
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司33241
• 代理人: 王利強

技術領域

本發明屬于風電機組狀態監測和故障診斷技術領域，涉及一種基于雙饋風力發電機組定子電流的槳葉不平衡故障診斷方法。

背景技術

槳葉是風力發電機組的關鍵部件之一，占風力發電機組生產成本的20％左右，其質量直接影響到風力發電機的效率、壽命和性能等。但是由于風電機組工作環境較為惡劣，葉片面臨風沙磨損、結冰、狂風等情況，且由于風的隨機性，風力發電機運行工況多變，這些都導致葉片易出現裂紋、破損等，從而導致葉片氣動不平衡，輕則影響風力發電機組的發電效率，增加機組疲勞載荷，重則導致風機故障停機甚至發生事故。因此如何對槳葉的不平衡情況進行在線監測，在故障早期就發現問題，可以避免非計劃停機。

目前的雙饋風力發電機組葉片不平衡可通過紅外成像分析、聲學分析、視頻分析等手段來檢測，但是這些方法不僅需要額外的設備，成本高，且可靠性不高。近來也有公布一些槳葉不平衡在線監測的專利，如“葉輪不平衡故障的雙饋風力發電機定子電流診斷方法”，該方法通過對定子電流信號重構特征分量來抑制基波分量，突顯特征分量，但是該方法受湍流風影響較大，湍流強度較大時，特征不明顯。又如“一種雙饋風力發電機葉片不平衡在線故障診斷方法”，該方法通過對電功率做階次分析來診斷不平衡故障，但是診斷時需要增加同步采樣器等其他設備的輔助。這些方法都有一個共同的問題，所提出的發明，偏重理論技巧，欠缺對實際應用中問題的考慮。

發明內容

為了克服已有的雙饋風力發電機組葉片不平衡檢測方式的方案復雜、準確性較差、適用性較差的不足，本發明提供一種簡單易行、準確性良好、適用性較好的基于雙饋風力發電機組定子電流的槳葉不平衡故障診斷方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于雙饋風力發電機組定子電流的槳葉不平衡故障診斷方法，所述故障診斷方法包括如下步驟：

1)控制雙饋發電機組運行于檢測模式，保持風電機組恒轉速運行；

2)同步采集滿足要求的恒轉速運行階段機組定子相電流i_A和發電

機轉速r；

3)根據采集到的發電機轉速r計算葉輪轉速1倍頻；對定子相電流i_A進行小波濾波處理后用包絡譜進行信號處理得到包絡譜i_f；提取包絡譜i_f信號中葉輪轉速1倍頻幅值M(1)和k倍頻幅值M(k)作為特征，其中k為葉片數量；

4)判斷1倍頻幅值M(1)和k倍頻幅值M(k)的大小，若滿足M(1)>a*M(k)，則判定存在槳葉不平衡，a為預設幅值比。

進一步，所述步驟1)中，所述檢測模式下，雙饋發電機組主動定速穩定運行在恒轉速運行階段，轉速方均根值小于預定閾值。

再進一步，所述步驟1)中，所述恒轉速運行階段是指發電機轉速為額定轉速，機組功率由轉矩控制，風力發電機未進行變槳的階段。

所述步驟1)中，所述轉速方均根值的計算方法如下：

式中，r_RMS為轉速的方均根值，r₁，r₂...r_N為所采集的轉速值，N為所采集的轉速點個數。

在步驟3)中，根據發電機轉速計算葉輪轉速1倍頻f(1)的方法如下：

式(1)中，r為發電機轉速，b為齒輪箱速比。

由于在恒轉速運行階段，實時轉速在額定轉速附近，因此其轉速平均值r也在額定轉速值附近，因此相同齒輪箱速比的風電機組，f(1)近似相等。

在步驟3)中，對定子相電流i_A進行信號處理的過程如下：

3.1)對采集的定子相電流時域信號進行小波分解，并根據1倍頻f(1)對低頻小波系數進行處理、重構，得到i_B；

3.2)對濾波后定子相電流時域信號i_B進行Hilbert變換，得到解調后的包絡信號,并作去均值處理，得到i_C；

3.3)對包絡信號i_C進行FFT變換得到包絡譜i_f，從中提取葉輪轉速的1倍頻幅值M(1)和k倍頻幅值M(k)作為特征。

所述步驟3.3)中，倍頻k由風力發電機的葉片數量決定，k等于葉片數。

所述幅值比a由風機的葉片數、機型共同決定，取值范圍是1.5≤a≤3。

本發明的有益效果主要表現在：1)本發明涉及的參數均可從風力發電機的現有傳感器中獲取，無需增加新設備，監測成本低；