雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪氣動不對稱故障的診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，特別涉及一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪氣動不對稱故 障的診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)能作為一種清潔、綠色的可再生能源，已成為世界各國新能源發(fā)展的重要方向。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪氣動不對稱實際是指三個葉片的氣動轉(zhuǎn)矩分布不均勻，其原因可能是 由于安裝或制造誤差造成某個葉片的槳距角與其它葉片的不同、或者由于葉片表面覆冰等 原因改變了翼型。
[0003] 由于氣動不對稱直接導(dǎo)致風(fēng)力機(jī)輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩減小并產(chǎn)生波動，從而進(jìn)一步影響 發(fā)電機(jī)輸給電網(wǎng)的有功功率和電能質(zhì)量；除此之外，氣動不對稱還會引起風(fēng)機(jī)組軸系的振 動，加劇葉片、軸承等部件的疲勞，長時間運行會對機(jī)組產(chǎn)生非常大的危害。
[0004] 針對葉輪氣動不對稱，部分學(xué)者利用加速度傳感器采集機(jī)組的機(jī)械振動信號來進(jìn) 行故障診斷，該方法存在傳感器安裝不便以及測量不準(zhǔn)確的問題。還有少數(shù)學(xué)者利用電氣 信號（如定子電流）頻譜分析來診斷葉輪不平衡的故障，但未具體指出葉輪的不平衡類型 (如質(zhì)量不平衡、氣動不對稱等），并且這些方法中只籠統(tǒng)地考慮了葉輪故障與發(fā)電機(jī)的電 氣量的關(guān)系，并未明確葉輪不平衡對雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)和普通發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的不同影響，也未 考慮對雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)的影響，而控制系統(tǒng)是雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的重要組成 部分，是發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間的中樞系統(tǒng)，葉輪氣動不對稱對控制系統(tǒng)的影響不可忽略?，F(xiàn)有 技術(shù)中沒有明確針對葉輪氣動不對稱故障的診斷方法。
[0005] 公開于該【背景技術(shù)】部分的信息僅僅旨在增加對本發(fā)明的總體背景的理解，而不應(yīng) 當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪氣動不對稱故障的診斷方 法，從而克服現(xiàn)有技術(shù)中沒有明確針對葉輪氣動不對稱故障的診斷方法的缺陷。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪氣動不對稱故障的 診斷方法，診斷方法包括如下步驟：在時間段t內(nèi)同步采集葉輪的轉(zhuǎn)速、雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的 轉(zhuǎn)子和定子的單相電流、雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的有功功率，并保存所采集的數(shù)據(jù)；在時間段t 內(nèi)，選取葉輪的轉(zhuǎn)速平穩(wěn)的時間段h，并計算時間段^內(nèi)的葉輪的轉(zhuǎn)速平均值nw;判斷轉(zhuǎn)速 平均值nw是否小于葉輪的額定轉(zhuǎn)速ηN;如果轉(zhuǎn)速平均值小于葉輪的額定轉(zhuǎn)速，則計算葉輪 的一倍轉(zhuǎn)頻fw，其中一倍轉(zhuǎn)頻fw=nw/60 ;將時間段h內(nèi)轉(zhuǎn)子的單相電流和/或定子的單 相電流進(jìn)行希爾伯特包絡(luò)解調(diào)，并確定轉(zhuǎn)子的單相電流和/或定子的單相電流的包絡(luò)解調(diào) 頻譜圖中是否存在故障頻率nfw，其中η為正整數(shù)；如果存在故障頻率nfw，則計算時間段h 內(nèi)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的有功功率的平均值P;查詢正常工況下轉(zhuǎn)速平均值nw所對應(yīng)的有功 功率基值P1;如果有功功率的平均值P小于有功功率基值Pi，則判定雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組存在 葉輪氣動不對稱故障。
[0008] 優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，診斷方法基于雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的最大風(fēng)能追蹤控制 策略。
[0009] 優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子的單相電流和定子的單相電流通過電流傳感 器和數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行采集。
[0010] 優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，數(shù)據(jù)采集儀還用于采集有功功率。
[0011] 優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，有功功率基值Ρ'Λ雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組固有的功率-轉(zhuǎn) 速曲線中獲得，或直接從風(fēng)場初期的的運行數(shù)據(jù)中獲取。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0013] 本發(fā)明公開了葉輪氣動不對稱故障與雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組整個系統(tǒng)，尤其是與發(fā)電 機(jī)以及控制系統(tǒng)的關(guān)系，并在轉(zhuǎn)子電流和定子電流中清晰地觀察到了故障頻率，明確地確 定機(jī)組的葉輪是否存在氣動不對稱故障，提高了診斷的準(zhǔn)確性，且該方法容易實施。
【附圖說明】
[0014]圖1是根據(jù)本發(fā)明的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪氣動不對稱故障的診斷方法的流 程圖。
[0015] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集的示意圖。
[0016] 圖3是葉素翼型平面內(nèi)的速度與受力示意圖。
[0017]圖4是根據(jù)本發(fā)明的葉輪的氣動不對稱的等效圖。
[0018] 圖5是根據(jù)本發(fā)明的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)變換器矢量控制框圖。
[0019] 圖6是根據(jù)本發(fā)明的定子的單相電流的縱向?qū)Ρ葓D。
[0020] 圖7是根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子的單相電流的縱向?qū)Ρ葓D。
[0021] 主要附圖標(biāo)記說明：
[0022] 1-轉(zhuǎn)速傳感器，2-轉(zhuǎn)子電流傳感器，3-傳感器組件，4-數(shù)據(jù)采集儀，5-風(fēng)力機(jī)， 6-葉輪，7-增速箱，8-雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)，9-變壓器，10-并網(wǎng)，11-故障診斷分析，12-計算 機(jī)。
【具體實施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保 護(hù)范圍并不受【具體實施方式】的限制。
[0024] 除非另有其它明確表示，否則在整個說明書和權(quán)利要求書中，術(shù)語"包括"或其變 換如"包含"或"包括有"等等將被理解為包括所陳述的元件或組成部分，而并未排除其它 元件或其它組成部分。
[0025] 實施例1
[0026] 如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明【具體實施方式】的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪氣動不對稱故 障的診斷方法包括如下步驟：
[0027] 1)利用轉(zhuǎn)速傳感器、電流傳感器以及功率傳感器分別在時間段t內(nèi)同步采集雙饋 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪6的轉(zhuǎn)速、雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的單相電流、定子的單相電流以及 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的有功功率，并將所采集的數(shù)據(jù)保存到計算機(jī)內(nèi)，以進(jìn)行故障診斷分析。
[0028] 2)在時間段t內(nèi)，選取葉輪6的轉(zhuǎn)速平穩(wěn)的時間段tjt't)，并計算時間段心內(nèi) 的葉輪6的轉(zhuǎn)速平均值nw。
[0029] 3)判斷所述轉(zhuǎn)速平均值nw是否小于葉輪6的額定轉(zhuǎn)速ηN。
[0030] 4)如果轉(zhuǎn)速平均值n/j、于葉輪6的額定轉(zhuǎn)速ηN，則計算葉輪6的一倍轉(zhuǎn)頻fw，其 中fw=nw/60;否則，返回步驟2)。
[0031] 5)將時間段^內(nèi)轉(zhuǎn)子的單相電流和/或定子的單相電流進(jìn)行希爾伯特包絡(luò)解調(diào)， 并確定轉(zhuǎn)子的單相電流和/或定子的單相電流的包絡(luò)解調(diào)頻譜圖中是否存在故障頻率nfw， 其中η= 1，2, 3···，即η為正整數(shù)。
[0032] 6)如果存在故障頻率nfw，則計算時間段t內(nèi)的有功功率的平均值Ρ;否則，返回步 驟2)。
[0033] 7)如果有功功率的平均值P小于正常工況下轉(zhuǎn)速平均值nw所對應(yīng)的有功功率基 值Pi，則可以判定雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組存在葉輪氣動不對稱故障；否則，雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的 葉輪6存在其他故障。
[0034] 具體地，作為一個實施例，可以根據(jù)機(jī)組固有的功率-轉(zhuǎn)速曲線來查找有功功率 基值Pi，如圖1所示。作為另一個實施例，可以直接從風(fēng)場初期的運行數(shù)據(jù)中獲取有功功率 基值Pi。
[0035] 優(yōu)選地，如圖2所示，風(fēng)力機(jī)5的葉輪6在風(fēng)能帶動下旋轉(zhuǎn)，由于葉輪6的轉(zhuǎn)速很 低，因此利用增速箱7進(jìn)行升速，從而帶動雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)8高速旋轉(zhuǎn)發(fā)電，然后再經(jīng)變壓 器9變比后并網(wǎng)10。轉(zhuǎn)速傳感器1、轉(zhuǎn)子電流傳感器2、定子電流傳感器和功率傳感器（二 者形成傳感器組件3)的數(shù)據(jù)通過一臺數(shù)據(jù)采集儀4來同時采集，然后數(shù)據(jù)采集儀將數(shù)據(jù)傳 送至計算機(jī)12,以便進(jìn)行故障診斷分析11。
[0036] 實施例2
[0037] 下面通過葉素翼型平面內(nèi)的速度與受力來分析雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪氣動不 對稱故障給氣動轉(zhuǎn)矩和有功功率帶來的影響。
[0038] 該實施例以動量葉素理論（BEM)為基礎(chǔ)。葉素理論將葉片分割成N等份，假定每 一份葉素翼型均一致。葉素翼型平面內(nèi)的速度與受力示意圖如圖3所示。對于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下 的風(fēng)力機(jī)5 (如圖2所示）的葉輪6而言，葉素氣動力只考慮與葉輪旋轉(zhuǎn)平面平行的切向牽 引力FT和與葉輪旋轉(zhuǎn)平面垂直的軸向推力FN，其中，F(xiàn)T的作用是產(chǎn)生氣動轉(zhuǎn)矩并輸出給雙 饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)8 (如圖2所示）。
[0039] 正常情況下，三個葉片的槳距角均相等為β，三個葉片相同位置的葉素處所受的 相對風(fēng)速均為W，翼型攻角α也相等，因此三個葉片所受的氣動力一樣，氣動轉(zhuǎn)矩也相等， 葉輪氣動對稱。并且根據(jù)風(fēng)力機(jī)氣動理論，在設(shè)計的槳距角β下，各葉素所受的切向牽引 力FT最大，氣動轉(zhuǎn)矩也最大。
[0040] 但是當(dāng)某葉片的槳距角變?yōu)棣?與其它兩個葉片不一樣時（如圖3中的虛線部分 所示），在