圖。
[0051]圖11為本發(fā)明雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路故障建模及特征提取的整體流 程圖。
【具體實(shí)施方式】：
[0052] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0053] 本發(fā)明雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路建模及特征提取方法，包括以下步驟：
[0054] 1)根據(jù)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)，建立基于有限元的雙饋風(fēng)力發(fā)電 機(jī)的正常模型，其流程圖如圖1所示，建模得到的正常幾何模型如圖2所示；
[0055] 2)分別在其正常幾何模型和外電路中改變雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子繞組的連接方式， 對(duì)正常仿真模型定子某相某支路進(jìn)行拆分和短路設(shè)置，得到雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子繞組匝間 短路故障的仿真模型，其流程圖如圖3所示，建模得到的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短 路的幾何模型如圖4所示，外電路如圖5所示；
[0056] 3)求解步驟1)和步驟2)建立的仿真模型，采集定子三相電流，提取定子三相電流 的相位差，總諧波畸變率（THD)，以及Park矢量軌跡的長(zhǎng)半軸長(zhǎng)、短半軸長(zhǎng)和離心率，特征 提取流程圖如圖6所示。仿真雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常和定子繞組1~9匝匝間短路故障，相 位差趨勢(shì)圖見(jiàn)圖7,總諧波畸變率趨勢(shì)圖見(jiàn)圖8, Park矢量軌跡圖見(jiàn)圖9,離心率趨勢(shì)圖見(jiàn)圖 10。因此，雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路故障建模及特征提取的整體流程圖如圖11所 不〇
[0057] 步驟1)建立發(fā)電機(jī)的幾何模型時(shí)，仿真所用的電機(jī)參數(shù)如表1和表2所示，得到 正常雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)幾何模型如圖2所示，其中，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸1由內(nèi)至外依次轉(zhuǎn)子2、轉(zhuǎn)子 繞組3、定子繞組5以及定子6,且轉(zhuǎn)子繞組3與定子繞組5之間有氣隙4。
[0058] 表1:電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)
[0059]
[0060] 表2^電機(jī)運(yùn)行參數(shù) '
' '
[0061]

[0062] 步驟2)在步驟1)的基礎(chǔ)上，在幾何模型中改變發(fā)電機(jī)的定子繞組某支路線(xiàn)圈的 連接方式，如圖4所示；并在外電路中進(jìn)行設(shè)置，如圖5所示，正常情況下，定子繞組該支路 線(xiàn)圈串聯(lián)，故障時(shí)刻將開(kāi)關(guān)閉合，使得部分線(xiàn)圈被短接，實(shí)現(xiàn)了定子繞組匝間短路故障的 模擬仿真。
[0063] 步驟3)是在發(fā)電機(jī)正常和定子繞組A相一個(gè)支路1~9匝匝間短路的仿真后，對(duì) 得到的定子三相電流進(jìn)行分析，計(jì)算得到相位差、總諧波畸變率（THD)、Park矢量軌跡的長(zhǎng) 半軸長(zhǎng)、短半軸長(zhǎng)、離心率等，計(jì)算故障特征流程圖如圖6所示。計(jì)算得到的定子三相電流 的相位差隨故障程度的變化趨勢(shì)如圖7,正常情況下，三個(gè)相位差均約為120°，隨著故障 程度的增大，與故障相A相相關(guān)的AB、CA的相位差均發(fā)生了明顯的變化，越來(lái)越偏離120°， 而兩非故障相BC間的相位差基本在120°不變，所以可用相位差作為故障特征，判斷故障 相和故障程度。定子三相電流的THD隨故障程度的變化趨勢(shì)如圖8所示，由于固有的一些諧 波分量，所以在無(wú)故障時(shí)定子三相電流的THD也都較大，故障相A相的總諧波畸變率與故障 程度（短路匝數(shù)）在1~9匝短路范圍內(nèi)呈現(xiàn)線(xiàn)性變化趨勢(shì)，THD隨故障程度加深而增大， 兩非故障相的THD變化較小，所以可用THD作為故障特征，判斷故障相和故障程度。正常， 3匝、6匝、9匝短路的Park矢量軌跡見(jiàn)圖9,隨故障程度加深，橢圓長(zhǎng)軸越來(lái)越長(zhǎng)，短軸原來(lái) 越短，離心率越來(lái)越大，但是由于長(zhǎng)軸長(zhǎng)和短軸長(zhǎng)依賴(lài)于所選用的電機(jī)參數(shù)，所以并不適合 作為故障特征，而離心率在正常電機(jī)中的理想值為〇,隨著故障程度的加深，會(huì)逐漸增大，如 圖10所示，所以可將其作為故障特征。因此，雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路故障建模 及特征提取的整體流程圖如圖11所示。
[0064] 綜上所述，基于雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)，建立雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的 正常模型，改變定子某相某支路的線(xiàn)圈連接方式，建立雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路 故障模型，采集定子三相電流，提取定子三相電流的相位差、總諧波畸變率（THD)和Park矢 量軌跡的離心率作為故障特征，為下一步進(jìn)行故障診斷提供方法和依據(jù)。
[0065] 以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所做的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā) 明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫 離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替代，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù) 范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路建模及特征提取方法，其特征在于：包括以下步 驟： 1) 根據(jù)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)，建立基于有限元的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的 正常仿真模型； 2) 分別在其正常仿真模型和外電路中改變雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子繞組的連接方式，對(duì)正 常仿真模型定子某相某支路進(jìn)行拆分和短路設(shè)置，得到雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路 故障的仿真模型； 3) 求解步驟1)和步驟2)建立的仿真模型，采集定子三相電流，提取定子三相電流的相 位差，總諧波畸變率，以及Park矢量軌跡的長(zhǎng)半軸長(zhǎng)、短半軸長(zhǎng)和離心率。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路建模及特征提取方法，其 特征在于：所述步驟1)具體包括以下步驟： 根據(jù)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)，在電磁場(chǎng)仿真軟件ANSYSMaxwell中建 立雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的正常仿真模型。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路建模及特征提取方法，其 特征在于：電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)包括定轉(zhuǎn)子的內(nèi)外徑、軸長(zhǎng)、槽數(shù)、極數(shù)、槽尺寸、材料、繞組連接方 式、節(jié)距、并聯(lián)支路數(shù)及導(dǎo)線(xiàn)屬性；電機(jī)運(yùn)行參數(shù)包括額定輸出功率、額定電壓、額定功率因 數(shù)、額定轉(zhuǎn)速及頻率。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路建模及特征提取方法，其 特征在于：所述步驟2)具體包括以下步驟： 在正常模型的基礎(chǔ)上，對(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子某相某支路進(jìn)行拆分，將該支路某槽中 導(dǎo)體一分為二，改變?cè)撝返木€(xiàn)圈連接方式，并在外電路中進(jìn)行設(shè)置。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路建模及特征提取方法，其特 征在于：正常情況下，該支路所有線(xiàn)圈串聯(lián)；定子繞組匝間短路時(shí)，通過(guò)開(kāi)關(guān)將短路線(xiàn)圈短 接，實(shí)現(xiàn)了雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路故障的仿真模型的建立。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路建模及特征提取方法，其 特征在于：所述步驟3)具體包括以下步驟： 31) 根據(jù)步驟1)和步驟2)建立的仿真模型，采集定子三相電流ipipi。，計(jì)算相位差： 對(duì)定子三相電流信號(hào)分別做傅里葉變換，得到基頻處的相位thl、th2和th3,通過(guò)兩兩 做差并取絕對(duì)值，得到取絕對(duì)值后的相位差力?、力15。及力CA，其中，1Kb=Ith2_thl|，力BC= |th3_th2|，1]^= |th3_thl|，判斷 $ab、itBC；和 $ CA是否在 0° ~180°，如果大于 180°， 則取其與360°的差的絕對(duì)值作為相位差，直到itAB、步^及步《均在〇°~180°之間； 32) 計(jì)算三相電流的總諧波畸變率： 根據(jù)步驟31)傅里葉變換之后的結(jié)果，計(jì)算各相電流中不大于階數(shù)H的所有諧波分量 有效值In與基波分量有效值Ii比值的方和根，得到各相總諧波畸變率THD:式中，In為電流的第n次諧波的有效值，I:為電流的基波有效值； 33) 計(jì)算定子三相電流的Park矢量軌跡的長(zhǎng)半軸長(zhǎng)、短半軸長(zhǎng)和離心率： 根據(jù)采樣得到的定子三相電流iA、iB、ic；，計(jì)算其Park矢量/ =C :其中，繪制Park矢量軌跡，并擬合得到橢圓的一般方程： Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+1 = 0 式中，橢圓的幾何中心為（Xe，Y。)，且有：則橢圓的長(zhǎng)半軸長(zhǎng)和短半軸長(zhǎng)分別為：那么，橢圓的離心率為：7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路建模及特征提取方法，其 特征在于：階數(shù)H的取值為奇數(shù)，且H大于等于9。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路建模及特征提取方法，包括如下步驟：根據(jù)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)，建立其正常模型；對(duì)正常仿真模型定子某相某支路進(jìn)行拆分和短路設(shè)置，得到雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路故障的仿真模型；在外電路的連接中，正常情況下該相該支路線(xiàn)圈串聯(lián)，定子繞組匝間短路時(shí)，將短路線(xiàn)圈短接。對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，計(jì)算定子三相電流的相位差、總諧波畸變率(THD)、Park矢量軌跡的長(zhǎng)半軸長(zhǎng)、短半軸長(zhǎng)、離心率等，并提取定子三相電流的相位差、總諧波畸變率(THD)和Park矢量軌跡的離心率作為故障特征。
【IPC分類(lèi)】G06F17/50, G01R31/06
【公開(kāi)號(hào)】CN104991161
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510397294
【發(fā)明人】陳玉, 王路路, 萬(wàn)路, 殷勇鴻
【申請(qǐng)人】西安交通大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年10月21日
【申請(qǐng)日】2015年6月8日