一种用于诊断DFIG定子电阻不平衡故障的方法及装置与流程

本发明涉及一种诊断定子电阻不平衡故障的方法及装置，尤其涉及一种用于诊断dfig定子电阻不平衡故障的方法及装置。

背景技术：

1、风力发电作为解决能源危机和环境污染问题的有效途径，在世界范围内得到快速发展，我国的风力发电也正在进入一个快速发展时期。随着海上风电技术的发展，远海、深水、大规模海上风电场已经成为海上风电发展的一个主要趋势。双馈感应风力发电系统中变频器仅流过转差功率，具有容量小、投资损耗小、发电效率高、谐波吸收方便等优点，使得双馈感应风力发电机(dfig)已成为海上风力发电机的主流机型之一。较陆上环境而言，海上双馈风力发电机的运行环境更加恶劣，故障率更高，现场维护困难，故障停机损失巨大，因此，迫切需要及早发现海上风力发电机的电气缺陷，以免故障恶化导致的毁灭性事故。

2、绕组电阻不平衡故障是dfig常见的电气故障之一。研究发现，绕组电阻不平衡故障会导致电机转矩脉动增大，平均转矩减小，电流和电压不平衡。连续绕组电阻不平衡故障状态可能导致过热，从而进一步增加连接电阻。如果这些正反馈回路没有被打破，绕组电阻不平衡故障可能会传播到不受控制的后果中，甚至导致灾难性故障。因此，检测绕组电阻不平衡故障并防止潜在的严重损坏具有重要意义。

3、目前针对绕组电阻不平衡故障方面的诊断方法更多的是针对永磁同步电机和感应电机，一方面，由于dfig具有双电气端口——定子绕组直接并网，转子绕组接变频器，定子绕组的电气环境与其他电机完全不同，现有方法无法适用，另一方面，定子绕组直接并网，电网不平衡度会对定子绕组电阻不平衡故障的诊断产生干扰，需要解决。

技术实现思路

1、发明目的：本发明目的是提供一种用于诊断dfig定子电阻不平衡故障的方法及装置，可有效排除电网三相不平衡对dfig定子绕组电阻不平衡故障诊断的干扰，保证定子电阻不平衡故障诊断的准确可靠。

2、技术方案：本发明包括通过电压传感器采集中性点电压u0'、'uo'，并连同定子电流信号一并送入微处理器；通过微处理器提取特征值；定位故障相，计算故障程度；构造故障特征量；设计可执行的故障诊断方法。

3、所述微处理器提取的特征值包括基波的幅值和相位。

4、所述定位故障相，计算故障程度具体为：

5、以附加电阻rx代表各相电阻不平衡程度，当定子电阻不平衡故障发生在一相(x相)时，有

6、

7、式中，u0'为定子绕组中性点n相对并联电容器组中性点o'的电压，u0和α分别为u0'的幅值和初相，ωs为定子绕组电流的基波角频率，ixs为定子绕组故障相的电流幅值，θx为ixs的初相；

8、当不平衡故障发生在两相(xy相)时，有

9、

10、式中，x＝a，y＝b或x＝b，y＝c或x＝c，y＝a；ixs和iys分别为定子绕组故障两相的电流，θx和θy分别为ixs和iys的初相，δrx和δry分别代表故障两相的附加电阻；

11、当定子电阻不平衡故障发生在三相时，有

12、

13、式中，下标x和y代表最小故障相以外的其他两相；

14、构造特征三角形，以定位故障相，计算故障程度rx，对相位特征量进行改进，取相位特征量为：

15、

16、式中，θαx为构造的相位特征量；

17、故障发生在一相时，根据式(10)计算故障程度rx：

18、

19、故障发生在两相时，故障程度rx满足公式：

20、

21、所述当定子电阻不平衡故障发生在三相时，将三相附加电阻中的最小值作为正常阻值的一部分，此时rx＝rx-rmin，ry＝rx-rmin，定子电阻不平衡故障发生在三相变为发生在两相处理，计算得到的不平衡程度rx为rx-rmin。

22、所述故障发生在两相时，特征三角形的边长分别为u0、x(i'asδra/3)和y(i'bsδrb/3)，且u0与x和y夹角为故障相的相位特征量θαx(θαa)和θαy(θαb)。

23、所述构造故障特征量为：对相位特征量进一步改进，得到故障特征量：

24、

25、式中，θαx和sαx为改进的故障特征量，分别代表相位特征量的绝对值与符号。

26、所述设计可执行的故障诊断方法包括：

27、故障检测：在线提取u'0和ixs的基波成分，若幅值u0大于uth，则可以检测到出现定子电阻不平衡故障；

28、故障定位：检测到定子电阻不平衡故障发生后，计算故障特征量θαx和sαx，并根据θαx的最小值，结合sαx的符号，定位故障相；

29、故障程度评估：定位故障相之后，计算附加电阻δrx。

30、一种用于诊断dfig定子电阻不平衡故障的装置，包括并联电容器组、电压传感器和微处理器，所述并联电容器组用于构建中性点o'，分别与电网中性点o、dfig定子绕组中性点n构成电压检测端子，用于检测电压信号，并通过电压传感器与微处理器连接。

31、还包括多个电气端子，分别用于连接定子绕组中性点、并网侧的电网及其中性点以及电流信号。

32、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行以实现上述用于诊断dfig定子电阻不平衡故障的方法。

33、有益效果：本发明装置内部集成了三相电容器组，具有一定的滤波能力，同时具有监测并网侧电网三相不平衡度的功能，并可有效排除电网三相不平衡对dfig定子绕组电阻不平衡故障诊断的干扰，保证定子电阻不平衡故障诊断的准确可靠；通过设计合理的故障特征量，实现简单可靠的故障诊断流程，利用设计的故障诊断装置，可就地实现实时地故障检测、定位及故障程度评估。

技术特征：

1.一种用于诊断dfig定子电阻不平衡故障的方法，其特征在于，包括：通过电压传感器采集中性点电压u0'、'uo'，并连同定子电流信号一并送入微处理器；通过微处理器提取特征值；定位故障相，计算故障程度；构造故障特征量；设计可执行的故障诊断方法。

2.根据权利要求1所述的一种用于诊断dfig定子电阻不平衡故障的方法，其特征在于，所述微处理器提取的特征值包括基波的幅值和相位。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于诊断dfig定子电阻不平衡故障的方法，其特征在于，所述定位故障相，计算故障程度具体为：

4.根据权利要求3所述的一种用于诊断dfig定子电阻不平衡故障的方法，其特征在于，所述当定子电阻不平衡故障发生在三相时，将三相附加电阻中的最小值作为正常阻值的一部分，此时rx＝rx-rmin，ry＝rx-rmin，定子电阻不平衡故障发生在三相变为发生在两相处理，计算得到的不平衡程度rx为rx-rmin。

5.根据权利要求3所述的一种用于诊断dfig定子电阻不平衡故障的方法，其特征在于，所述故障发生在两相时，特征三角形的边长分别为u0、x(i'asδra/3)和y(i'bsδrb/3)，且u0与x和y夹角为故障相的相位特征量θαx(θαa)和θαy(θαb)。

6.根据权利要求1所述的一种用于诊断dfig定子电阻不平衡故障的方法，其特征在于，所述构造故障特征量为：对相位特征量进一步改进，得到故障特征量：

7.根据权利要求1所述的一种用于诊断dfig定子电阻不平衡故障的方法，其特征在于，所述设计可执行的故障诊断方法包括：

8.一种用于诊断dfig定子电阻不平衡故障的装置，其特征在于，包括并联电容器组、电压传感器和微处理器，所述并联电容器组用于构建中性点o'，分别与电网中性点o、dfig定子绕组中性点n构成电压检测端子，用于检测电压信号，并通过电压传感器与微处理器连接。

9.根据权利要求8所述的一种用于诊断dfig定子电阻不平衡故障的装置，其特征在于，还包括多个电气端子，分别用于连接定子绕组中性点、并网侧的电网及其中性点以及电流信号。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行以实现权利要求1至7中任一项所述的用于诊断dfig定子电阻不平衡故障的方法。

技术总结
本发明公开了一种用于诊断DFIG定子电阻不平衡故障的方法及装置，包括通过电压传感器采集中性点电压u<subgt;0</subgt;'、<subgt;'</subgt;u<subgt;O'</subgt;，并连同定子电流信号一并送入微处理器；通过微处理器提取特征值；定位故障相，计算故障程度；构造故障特征量；设计可执行的故障诊断方法。本发明装置内部集成了三相电容器组，具有一定的滤波能力，同时具有监测并网侧电网三相不平衡度的功能，并可有效排除电网三相不平衡对DFIG定子绕组电阻不平衡故障诊断的干扰，保证定子电阻不平衡故障诊断的准确可靠；通过设计合理的故障特征量，实现简单可靠的故障诊断流程，利用设计的故障诊断装置，可就地实现实时地故障检测、定位及故障程度评估。

技术研发人员：肖徐兵,柳纲,周斌,郑涛,黄军高,曹敬,杨宇峰,郑强,龚广京,武锡锦,高鹏飞,毛家林,郭猛,王松,姜永将
受保护的技术使用者：国电南瑞科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15