雙饋異步發電機電氣故障及其診斷技術基礎研究

項目摘要

人們將風力發電系統故障研究集中在齒輪箱。風力發電機技術上的不成熟之處和其特殊的運行環境，故障率較高，引起人們對風力發電機故障的重視。國外研究剛剛起步，國內還沒有真正開始。本申請課題以當前及今後相當長時間內廣泛套用的雙饋異步發電機為重點對風力發電機故障及其診斷技術進行基礎性研究。主要研究內容如下：.（1）定轉子繞組故障(含偏心)研究：雙饋異步發電機轉子迴路接有變頻器，同時轉子迴路具有可測性，考慮運行的特殊性，用多迴路法分析故障機理和特徵；（2）基於轉子電流的電機定子繞組故障診斷；（3）基於輸出功率的電機轉子不對中故障診斷；（4）電機電刷-滑環可靠性研究：由於特殊運行環境，電刷-滑環故障不易被發現，對其監測技術進行重點研究（擬從振動、電刷電流分布均勻性、電火花、滑環溫度等方面進行）；(5)強噪聲環境下微弱特徵信號提取研究；(6)診斷方法研究；(7) 實驗研究。

結題摘要

由於風力發電機技術上的不成熟之處和其特殊的運行環境，故障率較高，嚴重影響風電機組的運行與風電場的效益，目前國內外均沒有有效的診斷方法。本課題以雙饋異步發電機為重點對風力發電機故障及其診斷技術進行基礎性研究。主要研究內容：（1）雙饋異步發電機定轉子繞組故障研究；（2）基於轉子電流的電機定子繞組故障診斷；（3）基於輸出功率的電機故障診斷；（4）電機電刷-滑環可靠性研究：(5)強噪聲環境下微弱特徵信號提取研究；(6)診斷方法研究；(7) 實驗研究。重要結果：（1）對雙饋異步發電機定子匝間短路故障診斷進行研究方面：研究結果表明，定子發生匝間短路故障後，定子負序電流的隨故障嚴重程度加劇而增加；但受發電機負載變化影響很小。得到結論：在輕載狀態時利用負序電流進行定子繞組故障的診斷。（2）關於轉子繞組故障診斷的研究方面：提出計及轉子變換器控制策略的雙饋風力發電機轉子繞組故障診斷方法。（3）基於轉子瞬時功率譜的雙饋風力發電機定子繞組故障診斷方面：提出一種基於轉子瞬時功率譜分析的雙饋異步發電機定子繞組故障的線上監測與診斷新方法。得到結論：轉子瞬時功率譜法在雙饋電機定子繞組故障診斷中更具敏感性，不受轉差s變化影響，具有很強的抗干擾能力。（4）關於雙饋異步發電機電刷-滑環系統故障診斷的研究方面：基於熱電耦合方法對電刷滑環系統進行三維溫度場分析試算及實驗研究。得出結論：故障後電刷電流間諧波分量下降率遠小於基波分量下降率，且故障下間諧波畸變率遠大於正常時間諧波畸變率。（5）強噪聲環境下微弱特徵信號提取研究方面：得到結論：提取微弱的故障特徵量，希爾伯特-黃變換提取出的故障特徵量比傅立葉變換及小波變換的特徵量更加敏感、可靠。（6）診斷方法研究方面：本課題從理論研究、仿真分析、實驗研究，提出了新的診斷特徵量，特別提出了考慮雙饋電機的特殊性，包括轉子變頻器的影響、轉子參量可測性、電刷-滑環影響的診斷方法。（7）實驗研究方面：構建雙饋異步發電機轉子繞組故障診斷的實驗平台，通過對正常電機和故障模擬電機的大量實驗，驗證了理論分析的正確性。本課題已發表學術論文16篇，其中SCI一篇(另一SCI論文忘記標基金號，不算)，EI期刊論文4篇EI會議論文1篇，其他核心期刊論文10篇，會議論文1篇。申請發明專利2項（其中一項已授權）。科學意義：本課題的研究為風力發電機組故障診

雙饋異步發電機電氣故障及其診斷技術基礎研究

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