一种用于防止电功率系统的发电机的轴承中的损坏的方法包括监测电功率系统的功率转换组件的一个或多个电信号。该方法还包括使用功率转换组件的(多个)操作参数来估计从端子到地的共模电流的阻抗路径。此外，该方法包括确定在诸如开关频率和/或谐波的不同频率下阻抗路径的一个或多个幅度和/或一个或多个相位角。此外，该方法包括基于一个或多个幅度和/或一个或多个相位角中的变化来确定阻抗路径是否指示发电机的轴承绝缘或接地电刷中的至少一个中的劣化。此外，该方法包括当阻抗路径指示发电机的轴承绝缘和/或接地电刷中的劣化时实现控制动作。实现控制动作。实现控制动作。
【技术实现步骤摘要】
用于检测发电机中的轴承绝缘和接地电刷健康的系统和方法
[0001]本公开大体上涉及风力涡轮，并且更特别地涉及用于检测双馈感应发电机中的轴承绝缘和接地电刷健康的系统和方法。
技术介绍
[0002]风电被认为是目前可用的最清洁、最环保的能量源之一，并且风力涡轮在这方面得到了越来越多的关注。现代风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱和一个或多个转子叶片。转子叶片利用已知的翼型件原理捕获风的动能。例如，转子叶片典型地具有翼型件的横截面轮廓，使得在操作期间，空气流过叶片，在侧面之间产生压差。因此，从压力侧朝向吸力侧导向的升力作用在叶片上。升力在主转子轴上生成扭矩，主转子轴齿轮传动到发电机以产生电力。
[0003]在许多风力涡轮中，发电机可电联接到双向功率转换器，该双向功率转换器包括经由调节的DC链路连结到线路侧转换器的转子侧转换器。这样的风力涡轮功率系统通常被称为双馈感应发电机(DFIG)。DFIG操作典型地特征在于转子电路从电流调节功率转换器供应电流。照此，风力涡轮由于可变的风速度而产生可变的机械扭矩，并且功率转换器确保该扭矩转换成在电网的相同频率下的电输出。
[0004]在操作期间，风冲击转子叶片，并且叶片将风能转换成驱动低速轴的机械旋转扭矩。低速轴构造成驱动齿轮箱，该齿轮箱随后升高低速轴的低旋转速度，以便以增加的旋转速度驱动高速轴。高速轴大体上联接到发电机，以便可旋转地驱动发电机转子。照此，旋转磁场可由发电机转子感应，并且电压可在发电机定子内感应。通过联接转子和定子的电磁场将旋转能转化为电能，电能经由电网断路器供应到功率电网。因此，主变压器升高电功率的电压幅度，使得转换的电功率可进一步传输到功率电网。
[0005]转子和定子之间的电容联接虽然不是所生成的功率的主要因素，但是可在转子中引起不期望的转子轴电压。此外，通过转子侧逆变器注入的高共模电压可通过电火花加工(EDM)潜在地损坏轴承。在正常操作条件下，由转子轴电压驱动的电流通过与转子和地接触的接地电刷安全地耗散。另外，在轴承壳体和DFIG框架之间提供绝缘。
[0006]然而，磨损影响电刷的导电性以及轴承壳体绝缘物的绝缘能力。因此，如果接地电刷不与转子接触，电压可在转子轴上积累。随着电压积累，它将利用最低阻抗路径放电到地。对于DFIG，该路径对应于轴承壳体中的油。照此，电压可在脉冲中放电，从而导致电弧。只要接地电刷被抬起，这种循环就可重复，导致轴承轨道的点蚀和沟蚀，这最终导致轴承失效。因此，需要在初始阶段检测轴承绝缘和/或接地电刷中的劣化，以防止在以后阶段EDM引起的轴承损坏。
[0007]因此，本公开涉及一种系统和方法，用于通过分析在涡轮控制器中捕获的数据来在早期阶段检测轴承绝缘和/或接地电刷中的劣化，以解决上述问题。
技术实现思路
[0008]本公开的方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者可从描述中显而易见，或者可通过本公开的实践获知。
[0009]在一个方面中，本公开涉及一种用于防止电功率系统的发电机的轴承中的损坏的方法。电功率系统包括功率转换组件，该功率转换组件具有联接到第二转换器的第一转换器。功率转换组件电联接到发电机。该方法包括经由控制器监测电功率系统的功率转换组件的一个或多个电信号。该方法还包括经由控制器使用功率转换组件的一个或多个电信号估计从端子到地的共模电流的阻抗路径。此外，该方法包括经由控制器确定在不同频率下阻抗路径的一个或多个幅度或一个或多个相位角中的至少一个。不同频率包括例如至少功率转换组件的开关频率和谐波。此外，该方法包括经由控制器基于一个或多个幅度或一个或多个相位角中的至少一个中的变化来确定阻抗路径是否指示发电机的轴承绝缘或接地电刷中的至少一个中的劣化。此外，该方法包括当阻抗路径指示发电机的轴承绝缘或接地电刷中的至少一个中的劣化时经由控制器实现控制动作。
[0010]在实施例中，(多个)操作参数可包括从第一转换器收集的电流和/或电压。在某些实施例中，电功率系统可为风力涡轮功率系统。在这样的实施例中，第一转换器是转子侧转换器，并且第二转换器是风力涡轮功率系统的线路侧转换器。此外，在实施例中，电流可为转子侧转换器的转子相电流，并且电压可为转子电压。在附加实施例中，端子是风力涡轮功率系统的转子端子。
[0011]在另外的实施例中，使用功率转换组件的一个或多个电信号来估计从端子到地的共模电流的阻抗路径可包括：分别使用转子侧转换器的转子电压和转子相电流来计算共模电压和共模电流；计算共模电压和共模电流的傅立叶频谱；以及计算作为共模电压和共模电流的傅立叶频谱的函数的从端子到地的阻抗路径。
[0012]在另一个实施例中，确定在不同频率下阻抗路径的一个或多个幅度和/或一个或多个相位角可包括：通过将共模电压的傅立叶频谱除以共模电流的傅立叶频谱来计算在多个开关频率边带下阻抗路径的一个或多个幅度；以及通过从共模电压的傅立叶频谱减去共模电流的傅立叶频谱来计算在多个开关频率边带下阻抗路径的一个或多个相位角。
[0013]在又另外的实施例中，基于一个或多个幅度或一个或多个相位角中的至少一个中的变化来确定阻抗路径是否指示发电机的轴承绝缘和/或接地电刷中的劣化可包括：将在多个开关频率边带下阻抗路径的一个或多个幅度与幅度阈值相比较；以及当一个或多个幅度中的变化超过幅度阈值时，生成在接地电刷中发生劣化的指示。
[0014]在特定实施例中，基于一个或多个幅度或一个或多个相位角中的至少一个中的变化来确定阻抗路径是否指示发电机的轴承绝缘或接地电刷中的至少一个中的劣化可包括：将在多个开关频率边带下阻抗路径的一个或多个相位角与相位角阈值相比较；以及当一个或多个相位角中发生的变化超过相位角阈值时，生成轴承绝缘中发生劣化的指示。
[0015]在附加实施例中，该方法可包括：从多个共模电压和电流的傅立叶频谱估计在一个或多个预定频率下的阻抗分布；使用阻抗分布估计指示轴承绝缘或接地电刷中的至少一个中的劣化的一个或多个异常度量；以及随时间推移对(多个)异常度量进行趋势分析。因此，该方法可包括在确定在不同频率下阻抗路径的(多个)幅度和/或(多个)相位角之后使用一个或多个基于数据的方法。可将这些不同的频率与基线簇相比较，以估计统计距离度
量。然后，可使用该统计距离度量来标记指示轴承绝缘和/或接地电刷中的劣化的一个或多个异常度量，所述异常度量可随时间推移而呈现趋势。
[0016]在又另一个实施例中，控制动作可包括改变电功率系统的操作设定点、关闭电功率系统、生成警报、安排修理和/或更换轴承绝缘或接地电刷中的至少一个。
[0017]在若干实施例中，发电机可为双馈感应发电机(DFIG)。
[0018]在另一方面中，本公开涉及一种连接到功率电网的电功率系统，该电功率系统包括：双馈感应发电机(DFIG)，其包括转子和定子；功率转换组件，其电联接到DFIG；和控制器，其配置成控制该电功率系统。功率转换组件包括联接到第二转换器的第一转换器。控制器配置成执行多个操作，包括但不限于：监测电功率系统的功率转换组本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于防止电功率系统的发电机的轴承中的损坏的方法，所述电功率系统具有功率转换组件，所述功率转换组件具有联接到第二转换器的第一转换器，所述功率转换组件电联接到所述发电机，所述方法包括：经由控制器监测所述电功率系统的所述功率转换组件的一个或多个电信号；经由所述控制器使用所述功率转换组件的所述一个或多个电信号来估计从端子到地的共模电流的阻抗路径；经由所述控制器确定在不同频率下所述阻抗路径的一个或多个幅度或一个或多个相位角中的至少一个，所述不同频率至少包括所述功率转换组件的开关频率和谐波；经由所述控制器基于所述一个或多个幅度或所述一个或多个相位角中的至少一个中的变化来确定所述阻抗路径是否指示所述发电机的轴承绝缘或接地电刷中的至少一个中的劣化；和当所述阻抗路径指示所述发电机的所述轴承绝缘或所述接地电刷中的至少一个中的劣化时经由所述控制器实现控制动作。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个电信号包括从所述第一转换器收集的电流或电压中的至少一个。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述电功率系统是风力涡轮功率系统的一部分，所述第一转换器是所述风力涡轮功率系统的转子侧转换器，并且所述第二转换器是所述风力涡轮功率系统的线路侧转换器，并且其中，所述电流包括所述转子侧转换器的转子相电流，并且所述电压包括转子电压。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述端子是所述风力涡轮功率系统的转子端子。5.根据权利要求3所述的方法，其中，使用所述功率转换组件的所述一个或多个电信号来估计从所述端子到地的所述共模电流的所述阻抗路径还包括：分别使用所述转子侧转换器的所述转子电压和所述转子相电流来计算共模电压和所述共模电流；计算所述共模电压和所述共模电流的傅立叶频谱；和计算作为所述共模电压和所述共模电流的所述傅立叶频谱的函数的从所述端子到所述地的所述阻抗...
【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：通用电气可再生能源西班牙有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。