[發明專利]ANFIS風電雙饋異步電機氣隙偏心故障診斷分類方法

在審

• 申請號: 201710368353.0
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107091986A
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 馬宏忠;李思源;魏海增;劉寶穩;張艷;徐艷;宋開勝;李勝翀;吳書煜
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01R31/34
• 分類號: G01R31/34;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 趙華

技術領域

本發明涉及一種ANFIS（自適應神經模糊推理系統）風電雙饋異步電機氣隙偏心故障診斷分類方法，歸屬于電機狀態檢測與故障診斷這一領域。

背景技術

自“十二五”規劃起，我國能源行業便致力于積極推動節能減排、低碳綠色、全面協調可持續戰略方針的實施。而風力發電技術憑借其能源清潔性、綠色環保性和源源不斷性逐漸成為當今世界新能源發展潮流中炙手可熱的主流方向。

在目前投入運行的風電機組中，變速恒頻風力發電機以其良好的性能和穩定的結構逐漸成為主流機型，而雙饋異步發電機作為維持變速恒頻性能的重要設備，它的運行狀態和性能優劣成為人們重點關心的問題。由于我國風力資源分配不均勻，大部分處于西北及沿海等地勢偏僻、條件惡劣的地區，所以風電機組的工作狀況受外部氣候及周圍環境的影響很大；再加上自然界風速的不穩定性等等，這些因素直接導致了雙饋異步電機故障的頻發性和大概率性，嚴重影響到機組的正常運行和使用壽命，造成巨額的經濟損失。因此，對風電機組雙饋異步電機實行狀態監測和故障診斷是大勢所趨，也是唯一手段。

對于雙饋異步電機而言，轉子不足、軸承磨損還有安裝操作的誤差等等都會引起氣隙偏心故障的發生。輕則導致電機的氣隙磁場產生畸變，擾亂各項性能指標；重則直接促使定轉子間相互摩擦而燒毀電機。因此，對雙饋異步電機氣隙偏心故障的研究非常有必要。

氣隙偏心故障可細分成靜態偏心、動態偏心和動靜混合偏心這三種類型。

靜態偏心可能是由于定子鐵芯變橢圓或是轉子位置安裝不當。電機發生靜態偏心時，轉子的幾何中心與旋轉中心相重合，卻不一定與定子的幾何中心重合，最小氣隙長度的位置相對定子而言固定不變；動態偏心可能是由于轉子彎曲、軸承磨損或較大靜偏心的影響。電機發生動態偏心時，定子的幾何中心與轉子的旋轉中心相重合，卻不一定與轉子的幾何中心相重合，氣隙最小長度的位置隨著轉子的旋轉而發生改變；動靜混合偏心綜合了兩種偏心狀態，由于人工安裝的誤差，混合偏心情況在實際環境中普遍存在。因此在電機的使用過程中，必須保持高警惕性，早早地對雙饋電機偏心故障進行診斷處理。

發明內容

本發明的重點在于針對技術層面現有的不足之處，提出一種最終結果與實際真實值極為接近的故障診斷方案，即ANFIS（自適應神經模糊推理系統）風電雙饋異步電機氣隙偏心故障診斷分類方法，其診斷結果確實精度高，可操作性強。本發明通過以下技術方案實現上述目的：

本發明一種ANFIS風電雙饋異步電機氣隙偏心故障診斷分類方法，具體操作步驟如下：

步驟1：將雙饋異步電機氣隙偏心故障分類整理并進行故障數據的測試收集；在ansoft軟件平臺上建立風電雙饋異步電機模型，變更參數仿真不同類型的氣隙偏心故障并記錄其故障定子電流數據，構建風電雙饋異步電機不同類型氣隙偏心故障的多個訓練樣本集，該系統可用于診斷和分辨以下幾種故障類型：雙饋異步電機正常運行工況、雙饋異步電機靜態偏心故障、雙饋異步電機動態偏心故障、雙饋異步電機動態偏心和靜態偏心混合偏心故障；

步驟2：構建自適應神經模糊推理系統(ANFIS)；提取雙饋異步電機發生氣隙偏心故障時定子電流，作五層小波分解得到頻譜圖分析氣隙偏心故障不同類別對應的特征頻帶，提取第五層32個子頻帶中的第一、二、七頻帶作為故障特征頻帶，分析故障特征頻帶內對應不同氣隙偏心故障類型的特征故障頻率0Hz、和100Hz，將其特征頻率幅值進行輸入，給氣隙偏心下的這些故障都定義不同的輸出，得到具體特征頻段的小波能量建立包含風電雙饋異步電機不同類型氣隙偏心故障的多個訓練樣本集；同時為該系統的輸入輸出選擇合適的隸屬度函數，設置訓練目標的合理誤差，對ANFIS運用混合學習算法訓練，確定輸入、輸出隸屬度函數的參數；

步驟3：對雙饋異步電機氣隙偏心故障進行診斷及不同類型的劃分和確立；故障診斷方法以在實驗室風電雙饋異步電機模型上所得的實驗數據為依據，在實驗中采集雙饋異步電機發生氣隙偏心故障時的定子電流作為故障特征量進行輸入，將所測的實驗數據和對氣隙偏心的不同故障定義的輸出相對比，進而診斷出雙饋異步電機的氣隙偏心故障類型，在訓練目標誤差的范圍內依照系統的診斷結果判定電機的故障種類。