双馈异步发电机电气故障及其诊断技术基础研究

人们将风力发电系统故障研究集中在齿轮箱。风力发电机技术上的不成熟之处和其特殊的运行环境，故障率较高，引起人们对风力发电机故障的重视。国外研究刚刚起步，国内还没有真正开始。本申请课题以当前及今后相当长时间内广泛应用的双馈异步发电机为重点对风力发电机故障及其诊断技术进行基础性研究。主要研究内容如下：.（1）定转子绕组故障(含偏心)研究：双馈异步发电机转子回路接有变频器，同时转子回路具有可测性，考虑运行的特殊性，用多回路法分析故障机理和特征；（2）基于转子电流的电机定子绕组故障诊断；（3）基于输出功率的电机转子不对中故障诊断；（4）电机电刷-滑环可靠性研究：由于特殊运行环境，电刷-滑环故障不易被发现，对其监测技术进行重点研究（拟从振动、电刷电流分布均匀性、电火花、滑环温度等方面进行）；(5)强噪声环境下微弱特征信号提取研究；(6)诊断方法研究；(7) 实验研究。

由于风力发电机技术上的不成熟之处和其特殊的运行环境，故障率较高，严重影响风电机组的运行与风电场的效益，目前国内外均没有有效的诊断方法。本课题以双馈异步发电机为重点对风力发电机故障及其诊断技术进行基础性研究。.主要研究内容：（1）双馈异步发电机定转子绕组故障研究；（2）基于转子电流的电机定子绕组故障诊断；（3）基于输出功率的电机故障诊断；（4）电机电刷-滑环可靠性研究：(5)强噪声环境下微弱特征信号提取研究；(6)诊断方法研究；(7) 实验研究。.重要结果：.（1）对双馈异步发电机定子匝间短路故障诊断进行研究方面：研究结果表明，定子发生匝间短路故障后，定子负序电流的随故障严重程度加剧而增加；但受发电机负载变化影响很小。得到结论：在轻载状态时利用负序电流进行定子绕组故障的诊断。.（2）关于转子绕组故障诊断的研究方面：提出计及转子变换器控制策略的双馈风力发电机转子绕组故障诊断方法。.（3）基于转子瞬时功率谱的双馈风力发电机定子绕组故障诊断方面：提出一种基于转子瞬时功率谱分析的双馈异步发电机定子绕组故障的在线监测与诊断新方法。得到结论：转子瞬时功率谱法在双馈电机定子绕组故障诊断中更具敏感性，不受转差s变化影响，具有很强的抗干扰能力。.（4）关于双馈异步发电机电刷-滑环系统故障诊断的研究方面：基于热电耦合方法对电刷滑环系统进行三维温度场分析试算及实验研究。得出结论：故障后电刷电流间谐波分量下降率远小于基波分量下降率，且故障下间谐波畸变率远大于正常时间谐波畸变率。.（5）强噪声环境下微弱特征信号提取研究方面：得到结论：提取微弱的故障特征量，希尔伯特-黄变换提取出的故障特征量比傅里叶变换及小波变换的特征量更加敏感、可靠。.（6）诊断方法研究方面：本课题从理论研究、仿真分析、实验研究，提出了新的诊断特征量，特别提出了考虑双馈电机的特殊性，包括转子变频器的影响、转子参量可测性、电刷-滑环影响的诊断方法。.（7）实验研究方面：构建双馈异步发电机转子绕组故障诊断的实验平台，通过对正常电机和故障模拟电机的大量实验，验证了理论分析的正确性。.本课题已发表学术论文16篇，其中SCI一篇(另一SCI论文忘记标基金号，不算)，EI期刊论文4篇EI会议论文1篇，其他核心期刊论文10篇，会议论文1篇。申请发明专利2项（其中一项已授权）。.科学意义：本课题的研究为风力发电机组故障诊