一种基于绕组热特性的永磁风力发电机运行状态监测方法及系统

本发明涉及永磁发电机故障诊断，更具体的说是涉及一种基于绕组热特性的永磁风力发电机运行状态监测方法及系统。

背景技术：

1、目前，海上的风力资源极为丰富，具有分布范围广、风速高、风向稳定等优点，面对大力发展新能源发电技术的发展趋势，海上风电成为人们的重点关注方向。永磁同步风力发电机由于其高功率密度、高可靠性和高效率，已经脱颖而出成为海上风电机组的首选机型。但海上发电机的工作环境往往复杂恶劣，绕组绝缘时刻面临着机械应力、瞬时过电压和高盐高湿环境腐蚀的影响，与此同时，随着发电机单机容量增加，发电机绕组负荷增大，这将导致绕组及其绝缘发热加剧，超过绕组绝缘温度临界值会加速绝缘老化，从而引发匝间短路故障。除此之外，发电机在长期运行后由于轴承磨损等因素将导致气隙偏心故障，这将影响发电机绕组温度的分布情况。与此同时，在离网型永磁风力发电机里绕组热特性常常随着外部负载的变化而变化。因此，利用绕组温度信号所包含的信息可对发电机匝间短路故障、气隙偏心故障进行检测并且可以实现负载状态识别。

2、目前实现电机故障诊断主要有三种方法，第一种方法基于解析电机数学模型，并根据实时检测的信号数据进行诊断，此方法可靠性主要受数学模型的精度影响；第二种方法基于信号处理，通过采样故障电机的各类信号并从中找出与故障匹配的特征量进行故障诊断，这种方法适应性较好，但对信号采集设备有较高要求；第三种方法是将计算机技术应用于电机故障辨识与监测，如神经网络、深度学习等，这种方法对数据的质量和数量依赖性较强。然而，上述方法均需对所采取的信号进行后处理无法及时反馈。

3、因此，如何提供一种基于绕组热特性的匝间短路故障、气隙偏心故障检测和负载状态识别的方法和系统，来克服上述诊断方法的存在的缺陷，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于绕组热特性的永磁风力发电机运行状态监测方法及系统，以解决背景技术中存在的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一方面，提供一种基于绕组热特性的永磁风力发电机运行状态监测方法，包括：

4、在发电机绕组中嵌入热电偶温度传感器，并搭建测试平台；

5、利用热电偶温度传感器测量发电机绕组温度，并在测试平台进行显示和存储；

6、将所测得的发电机不同位置绕组处的温度绘制成雷达图；

7、对得到的发电机不同位置绕组的温度雷达图进行分析，根据一根或多根绕组温度变化，得到发电机的运行状态。

8、可选的，所述在发电机绕组中嵌入热电偶温度传感器的具体过程为：将热电偶温度传感器放置在发电机绕组端部中，并每隔固定数量绕组放置一个热电偶温度传感器，并对所放置的热电偶温度传感器进行编号。

9、可选的，所述测试平台包括热电偶温度传感器、发电机、驱动电机，变频器、上位机、温度巡检仪；所述变频器、驱动电机、发电机、温度巡检仪、上位机依次连接；所述热电偶温度传感器设置在发电机绕组端部中。

10、可选的，所述对得到的发电机不同位置绕组温度的雷达图进行分析具体包括：

11、当发电机绕组温度出现激增并且出现局部热点，则判断发生为匝间短路故障，并通过热电偶温度传感器编号判断短路位置。

12、可选的，所述得到的发电机不同位置绕组的温度雷达图进行分析，还包括：

13、取每个热电偶温度传感器的温度及与其互为平角位置的热电偶温度传感器温度，计算温差并绘制温差空间分布图，当温差分布出现一侧高一侧低，则出现气隙偏心故障，温差最大值处的热电偶温度传感器为气隙最小位置处；

14、其中，当发电机的绕组数量为奇数，并不存在完全相对，互为平角的两个绕组，计算温差时需要将各个热电偶温度传感器测量的温度值作为被减数，其对侧两个热电偶温度传感器测量的温度均值作为减数，相减即可得到温差值，若发电机绕组数量为偶数时，则取互为平角的一个绕组。

15、可选的，所述对得到的发电机不同位置绕组的温度雷达图进行分析，还包括：

16、当每个热电偶温度传感器测得的温度同时上升，则发电机处于增负载状态，当热电偶温度传感器测得的温度同时下降时，则发电机处于减负载状态，当热电偶温度传感器测得的温度降至初始温度时，发电机处于空载状态。

17、另一方面，提供一种基于绕组热特性的永磁风力发电机运行状态监测系统，包括：

18、硬件搭建模块，在发电机绕组中嵌入热电偶温度传感器，并搭建测试平台；

19、温度监测模块，利用热电偶温度传感器测量发电机绕组温度，并在测试平台进行显示和存储；

20、雷达图绘制模块，将所测得发电机绕组温度绘制在雷达图上，得到发电机不同位置绕组的温度雷达图；

21、运行状态分析模块，对得到的发电机不同位置绕组的温度雷达图进行分析，根据一根或多根绕组温度变化，得到发电机的运行状态。

22、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于绕组热特性的永磁风力发电机运行状态监测方法及系统，通过在发电机绕组中嵌入热电偶温度传感器，并搭建测试平台；利用热电偶温度传感器测量监测发电机绕组温度，并在测试平台进行显示和存储；将所测得发电机绕组温度绘制在雷达图上，得到发电机不同位置绕组的温度雷达图；对得到的发电机不同位置绕组温度雷达图进行分析，根据一根或多根绕组温度变化，得到发电机的运行状态。本发明简单易行，以绕组温度信号为参考克服了常规永磁风力发电机采集多种信号运用复杂算法建模的缺点，为永磁发电机匝间短路故障、气隙偏心故障检测和负载状态识别提供了参考。并且本发明可实时诊断和监测发电机的运行状态，并且能判断匝间短路故障和气隙偏心的故障位置。在发电机的状态监测中，本发明操作简单，易于安装，对于故障和负载状态变化的早期具有快速识别能力。

技术特征：

1.一种基于绕组热特性的永磁风力发电机运行状态监测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于绕组热特性的永磁风力发电机运行状态监测方法，其特征在于，所述在发电机绕组中嵌入热电偶温度传感器的具体过程为：将热电偶温度传感器放置在发电机绕组端部中，并每隔固定数量绕组放置一个热电偶温度传感器，并对所放置的热电偶温度传感器进行编号。

3.根据权利要求1所述的一种基于绕组热特性的永磁风力发电机运行状态监测方法，其特征在于，所述测试平台包括热电偶温度传感器、发电机、驱动电机，变频器、上位机、温度巡检仪；所述变频器、驱动电机、发电机、温度巡检仪、上位机依次连接；所述热电偶温度传感器设置在发电机绕组端部中。

4.根据权利要求2所述的一种基于绕组热特性的永磁风力发电机运行状态监测方法，其特征在于，所述对得到的发电机不同位置绕组温度的雷达图进行分析具体包括：

5.根据权利要求1所述的一种基于绕组热特性的永磁风力发电机运行状态监测方法，其特征在于，所述得到的发电机不同位置绕组的温度雷达图进行分析，还包括：

6.根据权利要求1所述的一种基于绕组热特性的永磁风力发电机运行状态监测方法，其特征在于，所述对得到的发电机不同位置绕组的温度雷达图进行分析，还包括：

7.一种基于绕组热特性的永磁风力发电机运行状态监测系统，其特征在于，应用于权利要求1-6任一项所述的一种基于绕组热特性的永磁风力发电机运行状态监测方法，包括：

技术总结本发明公开了一种基于绕组热特性的永磁风力发电机运行状态监测方法及系统，涉及永磁风力发电机故障诊断技术领域，通过在发电机绕组中嵌入热电偶温度传感器，并搭建测试平台；利用热电偶温度传感器测量发电机绕组温度，并在测试平台进行显示和存储；将所测得的发电机绕组温度绘制在雷达图上，得到发电机绕组温度雷达图；对得到的发电机不同位置的绕组温度雷达图进行分析，根据一根或多根绕组温度变化，得到发电机的运行状态。本发明可实时诊断和监测发电机的运行状态，并且能判断匝间短路故障和气隙偏心的故障位置。在发电机的状态监测中，本发明的方法简单，易于安装，对于故障和负载状态变化的早期具有快速识别能力。技术研发人员：何玉灵,张文,庞子旺,代德瑞,徐明星,陈岚,李勇,刘翔奥,张玉松,韩帅杰,郑海,薛瑞,孙凯受保护的技术使用者：华北电力大学苏州研究院技术研发日：技术公布日：2024/7/11