[发明专利]一种双馈风力发电机叶片不平衡在线故障诊断方法

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。

主权项

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：（1）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：T=(P×r)/(ω×η)+J×(dωdt)/r,---(1)]]>其中，P为发电机输出瞬时功率，ω为双馈发电机的转速，r为齿轮箱升速比，J为叶轮转动惯量，为发电机角加速度，η为发电机转换效率；因此，在某个采样时刻i，同步采样得到发电机输出瞬时功率P_i，该时刻的齿轮箱高速轴转速ω_i，则该时刻的风机输入气动转矩T_i为：T_i=(P_i×r)/(ω_i×η)+J×(ω_i-ω_i-1)/r，    (2)（3）对采样时间内估计得到的气动转矩数据根据转速数据进行阶比分析得到重新采样的气动转矩T_ak，消除转速变化带来的频率模糊现象；所述阶比分析方法为：测量发动机转速，得到转速脉冲信号；假设某个脉冲时刻为t₀，发动机转过一周后在同位置采集到脉冲的时刻为t₁，此时转过角度为2π；转过两周后在同位置采集到脉冲的时刻为t₂，此时转过角度为4π；这里，假定角加速度为0；即，θ(t)＝b₀+b₁t+b₂t²，    (3)系数解为：b0b1b21t0t021t1t121t2t22-102π4π,---(4)]]>阶比分析要求等角度采样，需要计算发电机每转过指定角度Δθ的输出值；假设在采样时间内，发电机转过的总角度为Φ，则得到采样时间内发电机转过任意k·Δθ角度的时间为：tk=12b2[2b22(k·Δθ-b0)+b12-b1],---(5)]]>其中，k·Δθ为指定角度Δθ的k倍角度，k＝1...M，且M·Δθ≤Φ；重构后的信号为：Tak=Σm=1NTi×Ts×sin[ωc×(tk-m×Ts)]/[π×(tk-m×Ts)],---(6)]]>其中：Ts为采样时间间隔，N为采样的点数，ω_c为根据需要设定的低通滤波器截止频率；t_k为指定角度的采样时间；（4）对阶比分析重构后的信号进行功率谱计算，并进行特征提取；所述功率谱计算方法为：首先对T_ak进行离散傅里叶变换，y(m)=1MΣk=1MTak·e-jk(2πN)m,---(7)]]>其中：0≤m≤M-1，j表示取虚数；为了突出信号中的主要频率部分，使用功率谱，Q(m)＝y(m)·conj(y(m))，    （8）其中，conj(y(m))为y(m)的共轭；提取功率谱中1倍频功率谱幅值Q(1)和3倍频功率谱幅值Q(3)作为特征信号；（5）比较正常状态下的特征与故障状态下的特征，获得诊断结果；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。