[发明专利]海上双馈电机转子绕组匝间短路故障辨识方法

说明书

本发明涉及一种海上双馈电机转子绕组匝间短路故障辨识方法，针对双馈风机转子短路的特点，打破了以往的辨识参数受转差率影响较大的特点，引入磁链诊断，将转子绕组匝间短路故障引起的电压、电流两侧磁链观测差为故障特征量，将故障特征参数放大，该特征量可以精确识别双馈电机转子绕组匝间短路故障，且可以准确定位故障相，在获取特征量时滤除了转速测量误差，从而避免了测量误差对故障辨识的影响，以便及时做出处理，能可靠实现双馈电机转子绕组匝间短路早期故障辨识，提高双馈电机的使用寿命，避免灾难性故障的发生减少因故障造成的经济损失。

技术领域

本发明涉及一种电机故障辨识技术，特别涉及一种基于双侧磁链观测差的海上双馈电机转子绕组匝间短路故障辨识方法。

背景技术

近年来，随着全球能源供应、能源安全和生态环境等问题的日益突出，开发利用可再生能源成为世界各国能源战略的重要途径及实施可持续发展战略的重要方向。尤其是海上风电由于海上风能资源丰富、邻近负荷中心的特点，受到众多沿海国家的青睐。我国拥有300万平方公里的辽阔海域，海上风能资源丰富，拥有发展海上风电的良好条件。截止至2016年中旬，全球风电装机容量已经达到456GW，其中海上风电总装机容量达到14384MW。占全球总装机容量的3.15％。但是由于海上风电场环境恶劣、气候复杂多变、远离陆地，导致海上风机故障率高、维护不便、故障停机损失大。因此为了避免非计划停机，并降低风力发电系统的维护成本，风力发电机组的早期故障辨识是至关重要的。

匝间短路是一种双馈异步电机常见的严重故障。定子匝间短路已经得到了国内外学者的广泛关注，在定子匝间短路故障辨识时有几种常见的特征量，如负序电流、功率频谱、阻抗变化等。但是转子绕组匝间短路的研究相对较少，这是由于：①受到双馈电机转差率的影响，在越接近同步速的情况下，转差功率越小，转子匝间短路相较于定子匝间短路所产生的故障信息越小、故障特征越薄弱；②旋转的转子绕组导致故障特征量不易提取。这就为转子匝间短路的诊断增加了难度。因此为了尽早发现海上风电机组的电气故障，避免故障初期漏判导致的毁灭性事故。李俊卿、李明和、Jung J H等学者提出了几种电机转子匝间短路特征量，包括振动、谐波、功率等。李俊卿、王栋等在电力系统自动化上发表的双馈感应发电机转子匝间短路时定子电流谐波分析分析了双馈电机转子绕组匝间短路时定子侧的谐波特性，并以此来实现转子匝间短路的早期诊断。李俊卿、沈亮印等在电机与控制应用上发表的基于定子平均瞬时功率频谱特性的双馈风力发电机转子匝间短路的仿真分析文献提出了通过平均瞬时功率频谱特性来诊断转子匝间短路的方法。

发明内容

本发明是针对双馈异步电机转子匝间短路的诊断方法少，并且难度高的问题，提出了一种海上双馈电机转子绕组匝间短路故障辨识方法，针对双馈风机转子短路的特点，打破了以往的辨识参数受转差率影响较大的特点，引入磁链诊断。通过磁链的计算，将故障特征参数放大。提出了一种新的故障特征量——双侧磁链观测差。首先建立了双馈电机转子绕组匝间短路故障的数学模型，然后根据电机的故障状态推导出了不同工况下的磁链差表达式；最后通过仿真和实验分析，验证了本文提出的双侧磁链观测差能可靠实现双馈电机转子绕组匝间短路早期故障辨识。

本发明的技术方案为：一种海上双馈电机转子绕组匝间短路故障辨识方法，具体包括如下步骤：

1)获取待故障识别的海上双馈电机定子、转子三相电压和三相电流以及转速；

2)将转子三相电压和转子三相电流经磁链提取法，计算得到转子绕组匝间短路故障引起双侧磁链观测差有效值Δψ：

其中