风电变流器的故障诊断设备和方法与流程

本发明总体说来涉及风电变流器技术领域，更具体地讲，涉及一种风电变流器的故障诊断设备和故障诊断方法。

背景技术：

风电变流器一般由分布式控制器或集中式控制器来控制。每当风电变流器发生故障停机，分布式控制器或集中式控制器会从风电变流器的多个组成部分获得多个故障信号。

为了诊断故障并进行相应的处理，需要维护人员凭借经验诊断故障原因和/或故障类型。然而，故障信号会因风电变流器的不同以及故障信号源自的风电变流器的组成部分的不同而不同，并且不同的维护人员的经验水平也不同，这给故障诊断和故障处理带来了困难。

另外，所述多个故障信号之间不存在明显的逻辑关系，而单独考虑各个故障信号容易产生错误的判断，这同样给故障诊断和故障处理带来了困难。

因此，需要一种不过分依赖于维护人员经验并且可产生具有逻辑关系的多个故障信号并根据产生的故障信号进行故障诊断的设备和方法。

技术实现要素：

本发明的示例性实施例在于提供一种风电变流器的故障诊断设备和故障诊断方法，至少解决上述技术问题和上文未提及的其它技术问题，并且提供下述的有益效果。

根据本发明的示例性实施例，提供一种风电变流器的故障诊断设备，其中，所述故障诊断设备包括：

故障采集模块，用于获得风电变流器的故障信号；

时序故障产生模块，用于为所述故障采集模块获得的故障信号添加时序；

专家库模块，用于根据添加有时序的故障信号进行故障诊断。

可选地，所述时序故障产生模块根据所述故障采集模块获得故障信号的先后顺序为所述故障采集模块获得的故障信号添加时序。

可选地，所述故障采集模块从用于控制风电变流器的分布式控制器获得风电变流器的故障信号。

可选地，所述故障采集模块从风电变流器获得检测信号，判断所述检测信号是否异常，当所述检测信号异常时，产生风电变流器的故障信号。

可选地，所述故障诊断设备还包括：

故障排序模块，用于对添加有时序的故障信号进行排序，其中，

所述专家库模块根据排序后的添加有时序的一个或多个故障信号进行故障诊断。

可选地，所述故障诊断设备还包括：

专家库生成模块，用于生成专家库，其中，所述专家库包括以下两者的对应关系：由至少一个带时序的故障信号组成的带时序故障信号组合，以及故障诊断信息，其中，

所述专家库模块包括故障信息检索单元，用于从所述专家库检索与由添加有时序的故障信号组成的故障信号组合对应的故障诊断信息。

可选地，所述故障采集模块以同步通信或异步通信的方式从所述分布式控制器获得风电变流器的故障信号。

根据本发明的示例性实施例，提供一种风电变流器的故障诊断方法，其中，所述故障诊断方法包括：

获得风电变流器的故障信号；

为获得的故障信号添加时序；

根据添加有时序的故障信号进行故障诊断。

可选地，所述为获得的故障信号添加时序的步骤包括：

根据获得故障信号的先后顺序为获得的故障信号添加时序。

可选地，所述获得风电变流器的故障信号的步骤包括：

从用于控制风电变流器的分布式控制器获得风电变流器的故障信号。

可选地，所述获得风电变流器的故障信号的步骤包括：

从风电变流器获得检测信号，判断所述检测信号是否异常，当所述检测信号异常时，产生风电变流器的故障信号。

可选地，所述故障诊断方法还包括：

对添加有时序的故障信号进行排序，其中，

所述根据添加有时序的故障信号进行故障诊断的步骤包括：

根据排序后的添加有时序的一个或多个故障信号进行故障诊断。

可选地，所述故障诊断方法还包括：

生成专家库，其中，所述专家库包括以下两者的对应关系：由至少一个带时序的故障信号组成的带时序故障信号组合，以及故障诊断信息，其中，

所述根据添加有时序的故障信号进行故障诊断的步骤包括：从所述专家库检索与由添加有时序的故障信号组成的故障信号组合对应的故障诊断信息。

可选地，以同步通信或异步通信的方式从所述分布式控制器获得风电变流器的故障信号。

在根据本发明示例性实施例的风电变流器的故障诊断设备和故障诊断方法中：可为故障信号添加时序，并且根据添加有时序的故障信号自动进行故障诊断。添加了时序的多个故障信号之间存在逻辑关系，因此，基于存在逻辑关系的多个故障信号进行故障诊断，可综合考虑各个故障信号，从而使故障诊断结果更准确。

同时，可通过检索专家库来获得预先记录的故障诊断信息，从而可减少或避免人员凭借经验进行诊断所带来的难以诊断故障的弊端；不需要维护人员分析故障信号，从而节约了人力成本，还可减少或避免人工诊断可能产生的误差。

另外，由于先产生的故障信号与故障源之间的关系密切，因此，根据添加的时序，可对先产生的故障信号先进行分析，在此基础上，对后产生的故障信号后进行分析，从而逐渐逼近故障原因，与独立地考虑无关联的各个故障信号的故障诊断方案相比，能够更准确地进行故障原因定位。采用本发明的故障诊断方案，往往通过先产生的一至两个故障信号就能定位出故障原因，提高了效率，可更快速地分析出产品的弊端，从而可加快产品更新换代的进程。

将在接下来的描述中部分阐述本发明总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本发明总体构思的实施而得知。

附图说明

通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的描述，本发明示例性实施例的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出根据本发明的实施例的应用于分布式控制的风电变流器的故障诊断设备的示意图；

图2示出根据本发明的实施例的应用于集中式控制的风电变流器的故障诊断设备的示意图；

图3示出根据本发明的示例性实施例的风电变流器的故障诊断方法的流程图；

图4示出根据本发明的实施例的专家库生成过程的示意图；

图5示出根据本发明的实施例的故障信息检索过程的示意图。

具体实施方式

现将详细参照本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号始终指的是相同的部件。以下将通过参照附图来说明所述实施例，以便解释本发明。

图1示出根据本发明的实施例的应用于分布式控制的风电变流器的故障诊断设备的示意图。

如图1所示，叶轮101、永磁发电机102、机侧断路器103、机侧整流器104、制动单元105、网侧逆变器106、机组自用电回路107、网侧断路器108、以及电网依次连接。本实施例的风电变流器至少包括：机侧整流器104、制动单元105、以及网侧逆变器106。机侧整流器104、制动单元105、以及网侧逆变器106分别通过信号线与机侧整流控制器121、制动单元控制器122、以及网侧逆变器控制器123连接。机侧整流控制器121、制动单元控制器122、以及网侧逆变器控制器123为分布式控制器，用于实现对风电变流器的相应组成部分的控制和通信功能，并且通过通信总线与故障诊断设备110连接。

故障诊断设备110可包括：故障采集模块111、时序故障产生模块112、以及专家库模块114。优选地，故障诊断设备110还可包括故障排序模块113。

故障采集模块111用于获得风电变流器的故障信号，优选地，从机侧整流控制器121、制动单元控制器122、以及网侧逆变器控制器123中的至少一个获得风电变流器的故障信号。

分布式控制器可通过采样测量等方式从风电变流器的组成部分(例如，机侧整流器104、制动单元105、网侧逆变器106)获得检测信号。然后，分布式控制器可判断该检测信号是否异常，当该检测信号异常时，产生故障信号，并且将产生的故障信号在第一时间通过通信总线发送给故障诊断设备110。如图1所示，可将故障1至故障n(n为大于1的自然数)以故障信号的形式发送给故障采集模块111。

具体地讲，分布式控制器通过信号线与受控器件(即，风电变流器的组成部分，例如，机侧整流器104、制动单元105、网侧逆变器106)连接，对受控器件进行采样监测，获得检测信号。然后判断检测信号是否异常，当发现异常时，产生故障信号，并将故障信号上传给故障诊断设备110的故障采集模块111。例如，可对受控器件的直流电压、交流电压、交流电流、驱动信号、湿度值、温度值等进行采样检测。判断出信号异常的判断标准包括：过压、过流、驱动故障、湿度超标、温度超标等。例如，当检测信号为模拟量信号时，如果模拟量信号超出阈值，则判断出检测信号异常；当检测信号为开关量信号时，如果开关量信号达到预设开关量，则判断出检测信号异常。

可选地，可采用时钟同步控制器或类似的方式实现故障采集模块111、时序故障产生模块112和专家库模块114，还可采用时钟同步控制器实现故障采集模块111和时序故障产生模块112并且由除了时钟同步控制器以外的控制器来实现专家库模块114。时钟同步控制器采用单独的时钟，在每个采样周期可以获取精确的时钟，可在采样周期内为故障信号(例如从分布式控制器获得的故障信号)赋以时序。赋以时序的操作可由时序故障产生模块112实现。所述时序可以是时钟信号，优选为，精确到毫秒级的时钟信号。该时序也可以是表示时间先后顺序的字符串、符号等，优选地，字符串中包括序号，例如，数字1至n，n为自然数。这样，在单次故障停机过程中，可使从分布式控制器获得的故障信号都被赋以时序，便于根据时序进行时间先后的对比，并且实现对故障信号的按照时序的排列。

作为示例，时序故障产生模块112根据故障采集模块111获得故障信号的先后顺序为故障采集模块111获得的故障信号添加时序。也就实说，先获得的故障信号被赋予时间在前的时序，后获得的故障信号被赋予时间在后的时序。

作为对时钟同步控制器的替代，故障采集模块111以同步通信的方式从分布式控制器获得风电变流器的故障信号。同步通信是一种比特同步通信技术，要求收发双方具有同频、同相的同步时钟信号。例如，在传送报文的最前面附加特定的同步字符，即可使收发双方时钟同步，然后，便可在同步时钟信号的控制下逐位进行发送或接收。在本实施例中，各个分布式控制器之间以及分布式控制器与故障诊断设备110之间采用同步通信的方式通信，这样，可保证在相同的时钟下为故障信号赋以时序。

如上所述，时序故障产生模块112为故障采集模块111获得的故障信号添加时序，以产生一组添加有时序的故障信号，也称为带时序故障信号组合，例如，表示网侧逆变器过流的故障信号带有时序1；表示网侧熔断器故障的故障信号带有时序2；表示网侧逆变器(器件)失效的故障信号带有时序3，这三个故障信号组成带时序故障信号组合。时序故障产生模块112可将带时序故障信号组合发送给专家库模块114以便进行故障诊断。

作为示例，时序故障产生模块112可将带时序故障信号组合发送给故障排序模块113。故障排序模块113对带时序故障信号组合进行排序，并将排序后的带时序故障信号组合发送给专家库模块114。如图1所示，可将信号形式的时序1故障至时序n故障(n为大于1的自然数)发送给专家库模块114。

专家库模块113可根据时序故障产生模块112发来的添加有时序的故障信号进行故障诊断或者根据故障排序模块113发来的排序后的添加有时序的一个或多个故障信号进行故障诊断。

具体地讲，收到时序故障产生模块112发来的添加有时序的故障信号后，专家库模块113可根据时序判断出先后顺序，先针对顺序在前的故障信号进行故障诊断，后针对顺序在后的故障信号进行故障诊断。收到故障排序模块113发来的排序后的添加有时序的故障信号后，专家库模块113可先针对排在前的故障信号进行故障诊断，后针对排在后的故障信号进行故障诊断。

在风电变流器的单次故障停机中，首先产生的故障信号具有较大的参考价值，一般作为触发故障的根本故障。例如，对于功率模块失效这一常见故障，一般由功率模块上、下桥臂短路引起，首先产生的故障信号一般为过流。在一段时间后，相应的熔断器会由于过流熔断而产生熔断器故障信号。接下来，直流电压会由于短路而被拉低到电压阈值以下，进而产生直流电压故障信号。由于首先产生的是与上、下桥臂短路对应的过流的故障信号，这个故障信号可对故障的定位起到较大的参考作用，其次产生的是与熔断器熔断对应的熔断器故障信号，这可作为功率模块损坏的次要故障，可作为引起故障的次要原因。以此类推，先产生的故障信号对于故障诊断的参考价值相对来说要大，后产生的故障信号对于故障诊断的参考价值相对来说要小。

因此，专家库模块113可首先分析时序在前的故障信号，其次分析时序在后的故障信号，从而可更准确、更快速地获得故障诊断结果，快速获得故障原因，加快产品改进的进程。

图2示出根据本发明的实施例的应用于集中式控制的风电变流器的故障诊断设备的示意图。

如图2所示，叶轮201、永磁发电机202、机侧断路器203、机侧整流器204、制动单元205、网侧逆变器206、机组自用电回路207、网侧断路器208、以及电网依次连接。本实施例的风电变流器至少包括：机侧整流器204、制动单元205、以及网侧逆变器206。机侧整流器204、制动单元205、以及网侧逆变器206通过信号线与故障诊断设备210连接。

故障诊断设备210包括：故障采集模块211、时序故障产生模块212、以及专家库模块214。优选地，故障诊断设备210还可包括故障排序模块213。

故障采集模块211用于获得风电变流器的故障信号，优选地，故障采集模块211从风电变流器获得检测信号；判断该检测信号是否异常；当该检测信号异常时，产生风电变流器的故障信号。

另外，时序故障产生模块212、故障排序模块213、以及专家库模块214的功能与图1中的时序故障产生模块112、故障排序模块113、以及专家库模块114的功能类似，这里不再赘述。

图3示出根据本发明的示例性实施例的风电变流器的故障诊断方法的流程图。

如图3所示，本实施例的故障诊断方法包括：

步骤S310，获得风电变流器的故障信号；

步骤S320，为获得的故障信号添加时序；

步骤S330，根据添加有时序的故障信号进行故障诊断。

作为示例，步骤S310包括：从用于控制风电变流器的分布式控制器获得风电变流器的故障信号。优选地，以同步通信的方式从分布式控制器获得风电变流器的故障信号。分布式控制器包括以下项中的至少一项：机侧整流控制器、制动单元控制器、以及网侧逆变器控制器。

作为示例，步骤S310包括：从风电变流器获得检测信号；判断所述检测信号是否异常；当所述检测信号异常时，产生风电变流器的故障信号。

作为示例，步骤S320包括：根据获得故障信号的先后顺序为获得的故障信号添加时序。

作为示例，故障诊断方法还包括：步骤S325，对添加有时序的故障信号进行排序，相应地，步骤S330包括：根据排序后的添加有时序的一个或多个故障信号进行故障诊断。

图4示出根据本发明的实施例的专家库生成过程的示意图。

在本实施例中，风电变流器的故障诊断设备还包括专家库生成模块410，用于获得由至少一个带时序的故障信号组成的一组故障信号与相应故障诊断信息的对应关系，以形成专家库，也就是说，专家库包括以下两者的对应关系：由至少一个带时序的故障信号组成的带时序故障信号组合，以及故障诊断信息。相应地，根据本发明的实施例的故障诊断方法可包括生成所述专家库的步骤。

如图4所示，时序F11故障(即，带有时序F11的故障信号)至时序F1n故障(n为大于1的自然数)组成故障信号组合1(即，带时序的故障信号组合)，以此类推，时序Fm1故障(即，带有时序Fm1的故障信号，m为大于1的自然数)至时序Fmn故障组成故障信号组合m。专家库生成模块410建立故障信号组合1与对应故障诊断信息的对应关系，以此类推，专家库生成模块410建立故障信号组合m与对应故障诊断信息的对应关系。专家库420包括建立的所述对应关系。可将专家库420存储在存储器中。

图5示出根据本发明的实施例的故障信息检索过程的示意图。

在本实施例中，风电变流器的故障诊断设备还包括故障信息检索单元510，用于检索与由至少一个添加有时序的故障信号组成的故障信号组合对应的故障诊断信息；存储器520，用于存储专家库，例如，图4所示专家库420。如图5所示，时序Fm1故障至时序Fmn故障(即，添加有时序Fmn的故障信号，m和n均为大于1的自然数)被输入到故障信息检索单元510，故障信息检索单元510从存储器520(或专家库)查找到与输入的添加有时序的故障信号组合(时序Fm1故障至时序Fmn故障)对应的故障诊断信息m，并输出故障诊断信息m。

相应地，根据本发明实施例的故障诊断方法中进行故障诊断的步骤可包括：从专家库检索与由添加有时序的故障信号组成的故障信号组合对应的故障诊断信息。

虽然已表示和描述了本发明的一些示例性实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。