一种双馈风力发电机叶片不平衡在线故障诊断方法
【专利摘要】本发明提供属于风力发电【技术领域】中的一种双馈风力发电机叶片不平衡在线故障诊断方法。该方法同步采样双馈发电机的转速及发电机输出的功率信号P；根据风机轮毂转动惯量J和采样周期内同步采样得到的发电机输出功率与转速，估计风机轮毂的输入气动转矩T；阶比分析得到重新采样气动转矩Ta，消除转速变化带来的频率模糊现象；对阶比分析重构后的信号进行功率谱分析，进行特征提取；比较1倍频功率谱幅值Q(1)与3倍频功率谱幅值Q(3)，若Q(1)大于Q(3)，判断不平衡故障发生。本发明根据同步采样的双馈风力发电机转速、电压、电流信号快速诊断风电机组叶片不平衡故障，为风力发电机组的安全正常工作提供保障。使用的传感器简单、安装方便，很适合于现场使用。
【专利说明】 一种双馈风力发电机叶片不平衡在线故障诊断方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种双馈风力发电机叶片不平衡在线故障诊断方法，属于风力发电【技术领域】。
【背景技术】
[0002]风电的意义一风力发电是国家提倡大力发展的一种可再生绿色能源，能有效地节约水、煤资源，减轻大气污染，并对保护生态环境有着深远的意义。我国有丰富的风力资源，政府已经将风力发电作为改善能源结构，应对气候变化，提高能源安全的主要替代能源技术之一。有资料估计到2020年，全球将有超过10%的电力供应来源于风力。风力发电与火电、核电相比单机容量小，占地面积广，风力发电场通常地处边远地区，技术条件、运行条件一般较差，因此风力发电系统的可靠性和安全性至关重要。叶片作为风机捕捉风能的关键部件，其性能直接影响风机的整机性能和发电质量。由于叶片长期暴露于恶劣的气候环境下，易受到狂风，闪电，冰雪的袭击；同时，长期工作在负荷大范围波动的条件下，极易导致裂纹，破损，覆冰，螺栓松动等各种故障的发生。当叶片结构性能下降或发生轻微故障时，目前风电场SCADA系统因缺乏对叶片的必要监控而无法及时发现并采取恰当的应对措施。有研究报告对1995年-2010年德国和丹麦发生的各种风机事故做了统计分析，发现由于风机叶片故障导致或与之直接相关的事故数量最多。
[0003]由于绝大多数的叶片故障如:破损、覆冰、雷击、叶片安装误差等故障都将表现为质量或气动不平衡，如能准确及时检测叶片运行期间的不平衡故障，对各种叶片故障的早期发现和状态检测尤为重要，可以很大程度上防止故障扩散避免大的损失。
[0004]近些年国外有一些研究机构和公司相继开发了一些风电场叶片监控设备，主要有:红外成像分析，声学分析，视频分析等；也有风机生产厂家在生产叶片的时候预埋光纤传感器，以获得叶片的运行状态信息。目前，绝大多数检测手段不但价格昂贵而且安装复杂，难以推广应用；特别是像光纤传感器这样检测手段难以应用于已经投入运行的风机，不能满足对整个风电场叶片运行状况的监控。
[0005]为了解决在线风机叶片故障诊断与状态监控关键技术，国内许多研究机构与风机生产商也开展了针对叶片故障诊断和状态监控的相关研究，最近也公布了一些针对风机叶片在线监控的专利:如“风力发电电机及叶片状态在线监测仪”(CN202305007U)、“风力发电机组叶片实时状态监测与故障诊断系统及方法”(CN102539438A)、“一种风力发电机叶片裂纹自动检测报警系统”(CN202533424U)。上述专利中基本采用视频，应变片，声音等方式检测叶片是否发生严重故障，这些方式要么安装复杂不适合在线故障诊断，要么检测准确度不高，难以检测叶片非严重故障。“基于电流信号的风电机组的叶片不平衡故障诊断方法”(201210396295.X)利用发电机的三相电流信号，提取其中的波动频率信号进行叶片不平衡故障诊断，该方法可以较好的解决直驱风机叶片不平衡故障，但是对于双馈机组由于存在励磁控制，发电机的输出信号波动将大为减小，很难直接利用该信号进行故障诊断。
【发明内容】
[0006]针对上述问题，本发明开发了一种双馈风力发电机叶片不平衡在线故障诊断方法，结合叶轮转速及发电机输出，在线进行叶片不平衡故障诊断。
[0007]本发明的技术方案是，
[0008]一种双馈风力发电机叶片不平衡在线故障诊断方法，该方法步骤如下:
[0009]1、同步采样双馈发电机的转速(ω)及发电机输出的功率信号P。由于双馈风力发电机组是变速恒频运行，所以其发电机输出是非平稳信号，为了解决非平稳问题，本发明使用的数据采取利用同步采样器进行采样。
[0010]2、根据风机轮毂转动惯量J和采样周期内同步采样得到的发电机输出功率与转速，估计风机轮毂的输入气动转矩Τ。
[0011]风机轮毂的输入气动转矩T估计方法为:
[0012]
【权利要求】
1.一种双馈风力发电机叶片不平衡在线故障诊断方法，其特征在于，该方法步骤如下: (O同步采样双馈发电机的转速ω及发电机输出瞬时功率P ; (2)根据风机轮毂转动惯量J和采样周期内同步采样得到的发电机输出功率与转速，估计风机轮毂的输入气动转矩T ； 风机轮毂的输入气动转矩T估计方法为:
2.根据权利要求1所述的一种双馈风力发电机叶片不平衡在线故障诊断方法，其特征在于，所述同步采样为利用同步采样器进行采样。
3.根据权利要求1所述的一种双馈风力发电机叶片不平衡在线故障诊断方法，其特征在于，为了提高故障诊断鲁棒性，Q(1)取以1倍频为中心，以指定半径σ区域内功率谱的最大幅值；Q(3)取以3倍频为中心，以指定半径区域σ内功率谱的最大幅值； Q(I) = MAX[Q(l-o ),Q(l+o )], (9) Q(3) = MAX[Q(3-o ),Q(3+o )], (10)。
4.根据权利要求3所述的一种双馈风力发电机叶片不平衡在线故障诊断方法，其特征在于，所述σ取0.1。
【文档编号】G01M1/14GK103759891SQ201410030611
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月22日 优先权日:2014年1月22日
【发明者】刘俊承, 高峰, 吕跃刚, 李鹏飞 申请人:华北电力大学