基于有限元模型定子电流特征分析的双馈风电机组叶轮故障诊断

【摘要】：近年来新能源得到了很大的重视和发展,其中风力发电逐渐成为新能源的主要利用方式之一。在全球风电装机容量迅速发展、大型风电机组日益成熟化和商品化的同时,为保证机组的正常稳定运行,对风力发电机组运行状态进行监测尤为关键。在风力发电机组中,风机叶轮承担了风能向机械能转化的重要使命,对风电机组的正常稳定运行起着不可替代的作用。因此,为了保证机组的正常稳定工作,对叶片进行故障诊断以及健康状态监测是十分必要的。本文起始阐发了双馈电机变速恒频运行方式以及风电机组空气动力学理论,并且利用质量块对传动链模型进行了简化,为后续理论推导提供基础。接着具体推导了叶轮质量不平衡以及气动不对称故障下电机定子电流的表达式,并在频谱中定位了其对应的故障特征频率,从而为定子电流法对叶轮不平衡故障诊断提供了理论支撑。利用GHBladed软件分别搭建了正常以及不平衡工况下风电机组模型,并以调速阶段某稳定风速为输入,得到机组的电机转速信号。接着将电机转速信号导入利用ANSYS Maxwell搭建的双馈电机有限元模型中,从而获得含有故障特征的定子电流信号。最后利用MATILAB进行频谱分析,通过仿真结果验证了定子电流信号具备对不平衡故障的监测与诊断能力。