一种海上双馈电机定子绕组匝间短路早期故障辨识方法技术

本发明专利技术涉及一种海上双馈电机定子绕组匝间短路早期故障辨识方法，用以判断双馈电机定子绕组匝间是否发生短路并确定发生匝间短路的相，包括以下步骤：1)获取待故障识别的海上双馈电机的三相信号，包括定子三相电压、转子三相电压、定子三相电流、转子三相电流和转子转速；2)将三相信号转换到dq轴坐标系，获取电机参数，再将三相信号转换到αβ轴坐标系，通过观测器获取估计定子电流，计算出估计电流差并分解，得到故障严重程度因子ξ；3)当匝间短路故障引起的故障严重程度ξ幅值到达故障预警值时，则该待故障识别的海上双馈电机发生定子绕组匝间短路故障。与现有技术相比，本发明专利技术具有可靠定位故障相、鲁棒性高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种海上双馈电机定子绕组匝间短路早期故障辨识方法
本专利技术涉及风电机组故障辨识领域，尤其是涉及一种海上双馈电机定子绕组匝间短路早期故障辨识方法。
技术介绍
随着我国风电产业迅速发展，开发海上风电已成为风电行业发展新趋势，在国家“十三五”能源规划期间，为促进我国深水、远海、大规模海上风电场的发展，国家能源局印发了《全国海上风电开发建设方案(2014-2016)》，已有1053万千瓦的海上风电项目开始建设，由于双馈风力发电系统具有投资损耗小、发电效率高、谐波吸收方便等多方面的优势，已成为深远海风力发电机的主流机型之一。深水、远海、大规模海上风力发电机组具有三大特点：故障率高，故障维修困难，故障停运损失巨大。匝间短路故障时电机故障的主要形式，可以在极端时间内演变成相间故障，甚至引起接地故障等不可逆故障。因此亟需精确定位双馈风力发电机定子绕组匝间短路故障，为故障维修赢取宝贵的时间，以避免故障的进一步扩大产生巨大的经济损失。当双馈风力发电机定子绕组出现匝间短路故障时，首先会在定子电流上有所体现，因此有很多通过定子电流直接或者间接来诊断电机运行状态的故障特征量得到了中外学者的广泛关注。如马宏忠、方芳、王攀攀等学者采用负序电流作为故障特征量；魏书荣采用了拟序阻抗；电流频谱作为故障特征则得到了李俊卿、李明和、JungJH等学者的青睐。CristianH.De等人在IEEETransactionsonInductionMotors发表了题名为：Onlinemodel-basedstator-faultdetectionandidentificationininductionmotors的文章，该文章提出通过故障电机定子电流与观测器电流之差来诊断感应电机定子匝间短路，但因为双馈风力发电机转子侧需要变频器励磁，使其通过转差频率能量，不同于感应电机的工作模式；且受转子侧励磁变频器的影响，故障特征量推导更为复杂，故其提出的诊断方法不能直接应用于双馈风力发电机。魏书荣等人在中国电机工程学报发表了题名为：基于拟序阻抗的海上双馈电机定子绕组匝间短路早期故障辨识的文章，该文章通过求取定子电压序分量和定子电流序分量之间的关系，得到双馈电机固有参数(拟序阻抗)，该方法可以应用于双馈电机对电机固有不对称、信号检测误差和定子电压不对称具有很好的鲁棒性，能可靠的检测出早期轻微的定子匝间短路故障，但该方法不能定位故障相。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种海上双馈电机定子绕组匝间短路早期故障辨识方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种海上双馈电机定子绕组匝间短路早期故障辨识方法，用以判断双馈电机定子绕组匝间是否发生短路并确定发生匝间短路的相，包括以下步骤：1)获取待故障识别的海上双馈电机的三相信号，包括定子三相电压、转子三相电压、定子三相电流、转子三相电流和转子转速；2)将三相信号转换到dq轴坐标系，对于每一个采样周期Ts，获取输出一组电机参数，再将三相信号转换到αβ轴坐标系，通过观测器获取估计定子电流，计算出估计电流差并分解，得到故障严重程度因子ξ；3)当匝间短路故障引起的故障严重程度ξ幅值到达故障预警值时，则该待故障识别的海上双馈电机发生定子绕组匝间短路故障。2.根据权利要求1所述的一种海上双馈电机定子绕组匝间短路早期故障辨识方法，其特征在于，所述的步骤2)具体包括以下步骤：21)将采集的三相信号变换到dq轴坐标系，获取电机参数，包括定子等效两相绕组的自感Ls、转子等效两相绕组的自感Lr、定子与转子同轴等效绕组间的互感Lm、定子阻抗Rs和转子阻抗Rr；22)将采集的三相信号变换到αβ轴坐标系，通过观测器计算估计定子电流计算式为：▽＝LrLs-L2m其中，为αβ0坐标系中定子绕组磁通观测值，Uαβs为αβ0坐标系中定子电压，为通过观测器计算出的估计定子电流，Uαβr为αβ0坐标系中转子电压，Rr为转子阻抗，为通过观测器计算出的估计转子电流，Q为常数矩阵，为转子转速；23)根据估计定子电流计算电流估计差eαβs，电流估计差eαβs计算式为：其中，iαβs为实际电机的定子电流，为通过观测器计算估计定子电流，为固有误差；24)根据电流估计差eαβs进行重构得到故障信号25)计算故障严重程度因子ξ：其中，IN为电机额定电流，为故障矢量，if为故障电流，为故障信号的模值。所述的步骤24)具体包括以下步骤：241)将电流估计差eαβs投影到反向旋转坐标系中，通过低通滤波器获取电流估计差负序分量eIsn的直流信号，再将电流估计差负序分量eIsn的直流信号投影到正向旋转坐标系中，得到电流估计差的负序分量eIsn；242)将电流估计差负序分量eIsn的直流信号投影到以角度旋转的坐标系中得到不含固有误差信息的信号，并且将信号与电流估计差负序分量eIsn作和重构得到故障信号所述的步骤2)还包括以下步骤：26)计算出故障相的故障系数角并且根据故障系数角的数值确定发生故障的具体相号。当故障相的故障系数角分别为0、2π/3或4π/3时，对应的故障分别发生在a、b、c相。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：一、本专利技术通过改进双馈电机数学模型，将其故障系数由常数变为矢量，使本文提出的诊断方法能可靠地提取故障发生相。二、本专利技术通过分解定子绕组匝间短路故障引起的电流估计差，得到故障严重程度作为故障判断的故障特征量，该故障特征量中获取时滤除了电流固有误差的影响，进而该故障辨识方法能够及时发现电机故障，同时对电机定子电压不平衡、电机不对称、信号检测误差具有鲁棒性，以便及时做出处理，提高双馈电机的使用寿命，避免灾难性故障的发生减少因故障造成的经济损失。附图说明图1为本专利技术海上双馈电机定子绕组匝间短路故障辨识方法的流程图。图2为双馈电机定子绕组a相匝间短路示意图。图3为故障检测识别策略图。图4为估计差分解图。图5为A相短路(故障矢量为[10]T*0.045)的仿真和实验波形图，其中，图(5a)为仿真定子电流波形图，图(5b)为实验定子电流波形图，(5c)为仿真转子电流波形图，(5d)为实验转子电流波形图。图6为A相短路(故障矢量为[10]T*0.01)故障严重程度。图7为A相短路故障特征量图，其中，图(7a)为电流估计差的波形图，图(7b)为固有误差的波形图。图8为短路分别发生在A、B、C相时故障相角及故障严重程度，其中，图(81a)为A相短路时故障相角，图(82a)为A相短路时故障严重程度，图(81b)为B相短路时故障相角，图(82b)为B相短路时故障严重程度，图(81c)为C相短路时故障相角，图(82c)为C相短路时故障严重程度，。图9为仿真和实验结果图。图10为电网电压不平衡时仿真结果图。图11为电机不对称时仿真结果图。图12为定子电压、电流和转子电压信号同时存在检测误差时的仿真结果图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例本文故障诊断方法属于基于故障模型的诊断方法，因此建立精确的故障电机模型至关重要。建立双馈电机的故障模型有很多方法，比如多回路法，有限元法等。但由于其结构复杂不利于在线诊断，故工程上很少应用于在线诊断。现有的双馈异步电机定子a相匝间短路故障在三相静止坐标系(abc坐标系)下的数学模型，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海上双馈电机定子绕组匝间短路早期故障辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获取待故障识别的海上双馈电机的三相信号，包括定子三相电压、转子三相电压、定子三相电流、转子三相电流和转子转速；2)将三相信号转换到dq轴坐标系，获取电机参数，再将三相信号转换到αβ轴坐标系，通过观测器获取估计定子电流，计算出估计电流差并分解，得到故障严重程度因子ξ；3)当匝间短路故障引起的故障严重程度ξ幅值到达故障预警值时，则该待故障识别的海上双馈电机发生定子绕组匝间短路故障。

【技术特征摘要】
1.一种海上双馈电机定子绕组匝间短路早期故障辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获取待故障识别的海上双馈电机的三相信号，包括定子三相电压、转子三相电压、定子三相电流、转子三相电流和转子转速；2)将三相信号转换到dq轴坐标系，获取电机参数，再将三相信号转换到αβ轴坐标系，通过观测器获取估计定子电流，计算出估计电流差并分解，得到故障严重程度因子ξ；3)当匝间短路故障引起的故障严重程度ξ幅值到达故障预警值时，则该待故障识别的海上双馈电机发生定子绕组匝间短路故障。2.根据权利要求1所述的一种海上双馈电机定子绕组匝间短路早期故障辨识方法，其特征在于，所述的步骤2)具体包括以下步骤：21)将采集的三相信号变换到dq轴坐标系，在每一采样周期Ts计算输出一组电机参数，包括定子等效两相绕组的自感Ls、转子等效两相绕组的自感Lr、定子与转子同轴等效绕组间的互感Lm、定子阻抗Rs和转子阻抗Rr；22)将采集的三相信号变换到αβ轴坐标系，通过观测器计算估计定子电流计算式为：▽＝LrLs-L2m其中，为αβ0坐标系中定子绕组磁通观测值...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏书荣，李正茂，符杨，米阳，黄玲玲，任子旭，吴锐，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海,31