[发明专利]一种风力发电系统中变流器的一级故障诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电领域，尤其是一种风力发电系统变流器的一级故障诊断方法。 

背景技术

风电能源是世界上发展最快的可再生能源，已经成为解决世界能源问题不可或缺的重要力量，风力发电系统往往安装在偏僻的、难以接近的或者气候不适合人类长期逗留的地域，长期以来，一直采用计划维修和事后维修的方式。计划维修在运行2500小时或者5000小时后进行例行维护，无法全面及时地了解设备状况；事后维修则更是维修工作旷日持久，损失重大。利用有效的设备监测和故障诊断手段，能对风电机组运行中的各个参数进行连续监测，实时获取反映风电机组运行状态的各种信息，在对各种信息进行分析处理后，给出设备运行的状况报告和诊断结果，并根据诊断结果安排合适的检修计划，从而可减少约75％的设备事故率，降低25％-50％的维修费用，获利投资比高达17∶1，在大大提高风机的安全性的同时，有效降低风力发电的成本。 

风力发电系统是一个大规模、高度复杂、强耦合、非线性的系统，包括齿轮箱、驱动链、主轴、发电机、叶片等部件，其故障原因多，并且紧紧耦合在一起。在风力发电系统中，变流器是最容易发生故障的部件之一。在亚同步状态下，当电网电压或频率出现过大偏差时，很容易损坏网侧的IGBT元件；而在超同步状态下，如果风机转速过快，滑差功率升高以至超过整流器的整流能力，则很容易造成转子侧IGBT元件损坏，当开关管的故障严重并扩大化后，电机也就无法正常工作了，所以选择合适的方法，实现系统的故障诊断是现在所面临的主要问题。 

风力发电系统中常用背靠背式PWM变流器，能量是双向流动的。所以研究风电系统变流器的故障就是研究三相桥式PWM变流器的故障。对于变流器电路中的IGBT器件故障来说，主要有器件的短路故障和开路故障两种，对于IGBT短路故障，可通过驱动模块集成的保护电路实现监控，而其开路故障诊断则正处于研究之中。 

发明内容

本发明的目的是提供一种风力发电系统中变流器的一级故障诊断方法，所谓一级故障诊断是指通过相应分析方法，确定变流器故障是所描述中的具体哪一类故障，而不具体研究在该类故障下具体哪只功率管发生故障。按照一级故障分类原则，利用小波包分析，简单快速的实现变流器的一级故障诊断。 

本发明的目的是通过下述方法和步骤实现的： 

一种风力发电系统变流器的一级故障诊断方法，其步骤为： 

1.鉴于风力发电系统中的变流器是背靠背式变流器，且能量是可以双向流动的，所以只要研究单一整流器的故障特点就可以表征变流器的故障特点。所以建立三相桥式PWM整流电路的模型，根据实际运行的单只和两只功率管故障进行故障分类，建立变流器的IGBT功率管一级故障分类原则。 

(1)IGBT功率管均正常运行，变流器无故障发生。 

(2)仅有单只IGBT功率管发生故障，即VT₁、VT₂、VT₃、VT₄、VT₅或VT₆中任一功率管发生故障。 

(3)有两只IGBT功率管发生故障，且两只功率管同相不同侧，即(VT₁，VT₄)、(VT₃，VT₆)或(VT₅，VT₂)任一种情况。 

(4)有两只IGBT功率管发生故障，且两只功率管同侧不同相，即(VT₁，VT₃)、(VT₃，VT₅)、(VT₅，VT₁)、(VT₆，VT₄)、(VT₂，VT₆)或(VT₄，VT₂)任一种情况。 

(5)有两只IGBT功率管发生故障，且两只功率管既不同相也不同侧，位于交叉位置，即(VT₁，VT₆)、(VT₁，VT₂)、(VT₃，VT₄)、(VT₃，VT₂)、(VT₅，VT₄)或(VT₅，VT₆)任一种情况。