专利名称：一种基于热损伤累加准则的风力发电机绝缘寿命预估方法
技术领域：
本发明属于风力发电机技术领域，尤其涉及基于热损伤累加准则的风力发电机绝缘寿命预估方法。
背景技术：
风力发电机绝缘寿命直接影响整个风力发电机的寿命。电机热老化特性是影响绝缘寿命的关键因素，由于温度的作用，绝缘的机械、电气、物理等性能都将逐渐变差，直至失去绝缘能力。由于没有合适的绝缘寿命预估方法，在风力发电机设计、计算时往往以额定工况为标准。风资源有较强的随机性，使风力发电机的运行状态多变，一些特殊的工况下，还会使绝缘温度迅速上升，风力发电机在不同运行状态下对绝缘的热损伤也有很大差别，有必要在设计时对风力发电机进行绝缘寿命前期预测。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提出一种基于热损伤累加准则的风力发电机绝缘寿命预估方法。为了实现上述目的，本发明的技术方案是，其一种基于热损伤累加准则的风力发电机绝缘寿命预估方法，包括以下步骤:步骤1:计算风力发电机功率曲线，计算风力发电机在额定风速以下时的功率曲线，尸= IpSvY;，其中，P为发电机功率，P为空气密度，S为叶片扫过的面积，V为环境风速，Cp为风能利用系数，取决于叶片组特性；步骤2:计算发电机在不同条件下 的定子绕组平均温度，通过热路法、有限元法或有限体积法等的计算方法，计算不同环境风速、不同环境温度时的定子绕组平均温度；步骤3:计算环境风速的概率分布图；步骤4:计算环境温度的概率分布图；步骤5:计算一年内不同定子绕组平均温度的概率；步骤6:计算不同温度段的定子绝缘寿命；绝缘寿命与温度之间的关系，符合阿伦尼乌斯方程模型，有如下指数关系:
_2] D = A0C^t式中:D绝缘寿命，Atl为当温度为0° C时的绝缘寿命，T绝缘温度，m为常数；步骤7:计算基于热损伤累加准则风力发电机绝缘寿命，11 = 1 ^ Sj-式中a为绝缘寿命，单位为年，\为一年内绕组温度在第i级温度范围内的时间，由第五步计算得到，单位为年，Li绝缘在第i级温度范围内的寿命，由第六步计算得到，单位为年。所述步骤I当风速超过额定风速时，风力发电机功率等于额定值。所述步骤2只考虑温度对风力发电机铜耗的影响，不考虑温度对其他参数的影响。所述步骤3的计算方法为威布尔分布函数计算法:f(v) = —(—)k le ij}'
J AA式中f为概率密度，v为风速，k为形状因子，A为尺度因子。对于某风场一般对一年的风速进行记录，统一各个风速段的采样数量，进行拟合运算，得到该风场的威布尔分布函数。本发明的效果是，实现了风力发电机绝缘寿命的预估计算，为风力发电机的绝缘寿命设计提供了技术手段。采用本发明提供的风力发电机绝缘寿命预估方法，可以使绝缘寿命满足整机的设计寿命要求，对于达不到整机设计寿命的，可以通过设计改进，延长绝缘寿命，以达到满足整机设计要求。
图1是本发明的流程图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。实施例:以大功率永磁直驱风力发电机为考虑对象进行介绍，该发电机结构简单、可靠性高，采用外带散热筋，由自然风进行冷却，其绝缘温度受环境温度、风速和电机功率等因素的影响。以某型号永磁直驱风力发电机为例，采用这种基于热损伤累加准则的风力发电机绝缘寿命预估方法，其包括以下步骤:步骤1:计算风力发电机在额定风速以下时的功率曲线，P = I於v%，其中，p为
发电机功率，P为空气密度，S为叶片扫过的面积，V为环境风速，Cp为风能利用系数，取决于叶片组特性；该型号风力发电机对应的值为，P =1.22kg/m3, S=6789m2, Cp=0.396，代入上式。P=L 64v3(kff)当风速超过额定风速时，风力发电机功率等于额定值.
步骤2:通过热路法、有限元法或有限体积法等的计算方法，计算不同环境风速、不同环境温度时的定子绕组平均温度，计算时只考虑温度对电机铜耗的影响，不考虑对其他参数的影响；
实施例绕组平均温度结果如表一。表一:不同环境条件的定子绕组平均温度(温度单位为。C，风速单位为m/s)
权利要求
1.一种基于热损伤累加准则的风力发电机绝缘寿命预估方法，其特征在于，其包括以下步骤: 步骤1:计算风力发电机功率曲线，计算风力发电机在额定风速以下时的功率曲线，
2.根据权利要求1所述的一种基于热损伤累加准则的风力发电机绝缘寿命预估方法，其特征在于，所述步骤I当风速超过额定风速时，风力发电机功率等于额定值。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的一种基于热损伤累加准则的风力发电机绝缘寿命预估方法，其特征在于，所述步骤2只考虑温度对风力发电机铜耗的影响，不考虑温度对其他参数的影响。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的一种基于热损伤累加准则的风力发电机绝缘寿命预估方法，其特征在于，所述步骤3的计算方法为威布尔分布函数计算法:
5.根据权利要求3所述的一种基于热损伤累加准则的风力发电机绝缘寿命预估方法，其特征在于，所述步骤3的计算方法为威布尔分布函数计算法:
全文摘要
本发明涉及一种基于热损伤累加准则的风力发电机绝缘寿命预估方法，其包括以下步骤计算风力发电机功率曲线；计算发电机在不同条件下的定子绕组平均温度；计算环境风速的概率分布图；计算环境温度的概率分布图；计算一年内不同定子绕组平均温度的概率；计算不同温度段的定子绝缘寿命；计算基于热损伤累加准则风力发电机绝缘寿命。采用本发明提供的风力发电机绝缘寿命预估方法，可以使绝缘寿命满足整机的设计寿命要求，对于达不到整机设计寿命的，可以通过设计改进，延长绝缘寿命，以达到满足整机设计要求。
文档编号G06F19/00GK103246823SQ20131019516
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月22日 优先权日2013年5月22日
发明者丁亮, 杨振河, 杨小林, 李民生, 张子良 申请人:湘潭电机股份有限公司