[發明專利]海上雙饋電機轉子繞組匝間短路故障辨識方法

有效

• 申請號: 201711348826.7
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN108279362B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: 魏書榮;任子旭;符楊;方陳;柳勁松;劉寧;王棟悅
• 申請（專利權）人: 上海電力學院;國網上海市電力公司
• 主分類號: G01R31/72
• 分類號: G01R31/72;G01R31/52
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根;徐穎

本發明涉及一種海上雙饋電機轉子繞組匝間短路故障辨識方法，針對雙饋風機轉子短路的特點，打破了以往的辨識參數受轉差率影響較大的特點，引入磁鏈診斷，將轉子繞組匝間短路故障引起的電壓、電流兩側磁鏈觀測差為故障特征量，將故障特征參數放大，該特征量可以精確識別雙饋電機轉子繞組匝間短路故障，且可以準確定位故障相，在獲取特征量時濾除了轉速測量誤差，從而避免了測量誤差對故障辨識的影響，以便及時做出處理，能可靠實現雙饋電機轉子繞組匝間短路早期故障辨識，提高雙饋電機的使用壽命，避免災難性故障的發生減少因故障造成的經濟損失。

技術領域

本發明涉及一種電機故障辨識技術，特別涉及一種基于雙側磁鏈觀測差的海上雙饋電機轉子繞組匝間短路故障辨識方法。

背景技術

近年來，隨著全球能源供應、能源安全和生態環境等問題的日益突出，開發利用可再生能源成為世界各國能源戰略的重要途徑及實施可持續發展戰略的重要方向。尤其是海上風電由于海上風能資源豐富、鄰近負荷中心的特點，受到眾多沿海國家的青睞。我國擁有300萬平方公里的遼闊海域，海上風能資源豐富，擁有發展海上風電的良好條件。截止至2016年中旬，全球風電裝機容量已經達到456GW，其中海上風電總裝機容量達到14384MW。占全球總裝機容量的3.15％。但是由于海上風電場環境惡劣、氣候復雜多變、遠離陸地，導致海上風機故障率高、維護不便、故障停機損失大。因此為了避免非計劃停機，并降低風力發電系統的維護成本，風力發電機組的早期故障辨識是至關重要的。

匝間短路是一種雙饋異步電機常見的嚴重故障。定子匝間短路已經得到了國內外學者的廣泛關注，在定子匝間短路故障辨識時有幾種常見的特征量，如負序電流、功率頻譜、阻抗變化等。但是轉子繞組匝間短路的研究相對較少，這是由于：①受到雙饋電機轉差率的影響，在越接近同步速的情況下，轉差功率越小，轉子匝間短路相較于定子匝間短路所產生的故障信息越小、故障特征越薄弱；②旋轉的轉子繞組導致故障特征量不易提取。這就為轉子匝間短路的診斷增加了難度。因此為了盡早發現海上風電機組的電氣故障，避免故障初期漏判導致的毀滅性事故。李俊卿、李明和、Jung J H等學者提出了幾種電機轉子匝間短路特征量，包括振動、諧波、功率等。李俊卿、王棟等在電力系統自動化上發表的雙饋感應發電機轉子匝間短路時定子電流諧波分析分析了雙饋電機轉子繞組匝間短路時定子側的諧波特性，并以此來實現轉子匝間短路的早期診斷。李俊卿、沈亮印等在電機與控制應用上發表的基于定子平均瞬時功率頻譜特性的雙饋風力發電機轉子匝間短路的仿真分析文獻提出了通過平均瞬時功率頻譜特性來診斷轉子匝間短路的方法。

發明內容

本發明是針對雙饋異步電機轉子匝間短路的診斷方法少，并且難度高的問題，提出了一種海上雙饋電機轉子繞組匝間短路故障辨識方法，針對雙饋風機轉子短路的特點，打破了以往的辨識參數受轉差率影響較大的特點，引入磁鏈診斷。通過磁鏈的計算，將故障特征參數放大。提出了一種新的故障特征量——雙側磁鏈觀測差。首先建立了雙饋電機轉子繞組匝間短路故障的數學模型，然后根據電機的故障狀態推導出了不同工況下的磁鏈差表達式；最后通過仿真和實驗分析，驗證了本文提出的雙側磁鏈觀測差能可靠實現雙饋電機轉子繞組匝間短路早期故障辨識。

本發明的技術方案為：一種海上雙饋電機轉子繞組匝間短路故障辨識方法，具體包括如下步驟：

1)獲取待故障識別的海上雙饋電機定子、轉子三相電壓和三相電流以及轉速；

2)將轉子三相電壓和轉子三相電流經磁鏈提取法，計算得到轉子繞組匝間短路故障引起雙側磁鏈觀測差有效值Δψ：

其中