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关于排除风力发电机转子故障的可行性建议

2020-02-12 302 上传者：管理员

摘要：绕线转子感应电机是MW型风力涡轮机中最广泛使用的发电机，也是风力涡轮机故障模式的重要原因，其中部分额定电压源转换器连接到转子。本文采用谐波时间步进发电机模型推导绕线转子感应发电机电气和机械信号进行故障测量，并采用简单的闭式分析表达式对它们进行了描述，并明确给出了用于检测转子故障的各种电气和机械信号的相对优点的建议，同时还识别了可靠的故障指示器以结合到风力涡轮机状态监测系统中。最后，论文还提出通过这些电气和机械信号中的一些数据融合可以改善故障可检测性和可靠性的重要建议，以期促进力发电机转子的正常运行。

关键词：
不平衡
可检测性
状态监测
风力涡轮机
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一、前言

风能在提供可持续能源方面起着至关重要的作用。截至2018年底，全球风电装机容量已达591吉瓦，其中中国、美国及欧盟的风电装机容量最大。由于有利的风力资源和海床条件，海上风电在欧洲具有显着的发电潜力。通过采用经济有效和可靠的状态监测技术优化运营和维护战略是竞争性海上风电开发的明确目标。缠绕式转子感应发电机^[1]使用部分，额定电压源转换器(VSC)为转子供电，称为双馈感应发电机，被认为是风力发电行业中使用最广泛的发电机，其中一般的感应发电机是显性的。可靠性调查强调发电机故障对陆上风力发电机组做出了重大贡献。由于海上可迭陛降低，任何停机时间都会显著延长。由电刷齿轮或滑环磨损或绕组电气故障引起的转子绕组不平衡是wT发电机故障的主要原因。

二、模型研究

对于具有电平衡转子的DFIG，电磁原点的光谱含量也可以在速度信号Ns中检测到。机器电气和机械光谱等式描述的平衡条件由一组特征频率定义，称为载波频率(CF)。这些频率伪影的发电机设计和供应谐波^[2]含量取决于：转子滑移、供电频率、供应谐波次序和气隙磁场极对数。供电频率谐波载波(H)，供电谐波的转子速度不变假象，对应于电流的k=0和i≠0或其他信号的l±i≠0；槽谐波载波(s)，由于时隙引起的转子速度相关的间谐波频率，对应于k≠0且i≠0用于电流或l±i≠0及其他信号。

由于边带通常随顺序衰减，因此在本工作中仅进一步检查基本(即一阶边带)分量。REU引起的边带方程可以分解为两个不同的子组，这取决于它们是否对应于电源谐波边带(HL和HU)或槽谐波边带(sL和SU)，其中下标L和u分别表示下部和上部2sfCF侧带。

三、实验验证

对模型结果进行了实验验证，并在实验室中进行一系列的定量试验，包括一个工业4极，三相，240伏，50赫兹，30千瓦，星形连接的WRIG。发电机转子额定相电阻为0．066Ω。WRIG与40kW直流发电机机械耦合，用于在实验期间以预先选定的恒定速度驱动WRIG。发电机定子绕组通过三相可变变压器连接到电网，而转子绕组短路。通过在一个转子相绕组中引入额外的电阻来模拟REU条件。

直流发电机的速度和扭矩由商用直流控制器控制。使用轴安装的1024ppr增量编码器进行速度测量，并使用dSPACE1103平台实时处理其输出信号，以提取Ns的值。WRIG瞬时定子电流Is和电压v使用霍尔效应传感器测量，并通过LeCroyWaveSurfer数字示波器以10kHz的速率同步记录。记录的电流和电压用于计算总瞬时定子功率Pe，使用两个瓦特计方法。WRIG安装在一个包含三轴压电传感器的Kistler9281B力平台上，用于测量动态轴扭矩。压电传感器的信号通过一个NIDAQ一6351卡获取然后处理以计算出轴转矩。

四、结语

本文介绍了DFIG转子电气不平衡(REU)的电气和机械特征的研究，确定了最佳的诊断可靠性状态监测指标。结果表明，通过简单的附加数据融合特定的电气和机械特征可以提高故障检测能力。通过比较模型预测和完全仪表化的30kWWRIG实验室试验台上的测试，已经得出并验证了用于确定健康和故障操作条件的电气和机械信号光谱含量的闭式分析表达式。使用这种高保真实验室测试系统对DFIGREU电气和机械光谱特征进行了全面研究。已经表明，在错误REU条件下，宽范围的电源频率和时隙谐波的滑动相关边带的幅度显示出显著的实验增加。

参考文献:

[1]李俊卿,何龙,王栋.双馈式感应发电机转子匝间短路故障的负序分量分析[J],大电机技术,2014(2):14—18.

[2]张春颖,郑玉国.电力计量中电力谐波的应用及发展[J].科学技术创新,2013(35):124—124.

葆宗霖.风力发电机转子故障的电气和机械诊断指标[J].信息系统工程,2019,(6):160.