探討變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)變流器故障診斷

陸 康

（華潤電力（錦州）有限公司，遼寧 錦州 121006）

1 關(guān)于變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變流器故障問題

對于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器故障問題來說，動態(tài)實時監(jiān)測是必不可少的。為了保證變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行效率，當(dāng)前應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電的變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組都配置了狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)。而此系統(tǒng)立足于對變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行實時收集與紀(jì)錄，通過總結(jié)數(shù)據(jù)變化，分析數(shù)據(jù)規(guī)律，進(jìn)而判斷變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行情況，為變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的故障診斷與維修服務(wù)提供了實時而全面的數(shù)據(jù)資料。

目前我國國產(chǎn)化的大型變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組多采用雙饋發(fā)電機(jī)，其發(fā)電機(jī)的正常設(shè)計下存在兩個變流器，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障自動診斷系統(tǒng)的變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對于在線分析雙饋發(fā)電機(jī)變流器故障，并網(wǎng)條件下對變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)電力電子元件進(jìn)行在線監(jiān)測有著顯著的優(yōu)勢。

對于變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)而言，故障造成的停機(jī)時間越長，則經(jīng)濟(jì)損失越大。所以，在提高故障診斷正確性的同時，還應(yīng)考慮到故障診斷系統(tǒng)的處理時間應(yīng)盡量加快。在此條件下，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自動診斷系統(tǒng)不僅有效提高了故障診斷的正確率，同時還達(dá)到減少并網(wǎng)故障發(fā)生的作用，保證了變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)的達(dá)成。同時還可以迅速確定雙饋?zhàn)兞髌鞯墓收衔恢门c故障性質(zhì)，實際應(yīng)用中，體現(xiàn)出良好的性價比。

2 變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)變流器故障診斷方法

2.1 基于波形分析的診斷方法

對于變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)變流器的波形分析故障診斷法來說，主要在于對變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)在不同故障情況下所產(chǎn)生的不同電壓與電流波形進(jìn)行歸納與分析。

其中，主要的分析方法是對雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)主電路中故障特征明顯的關(guān)鍵性波形進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與全面歸類，作為歸類性故障信息輸入進(jìn)整個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中去，在此條件下，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)會自動對變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)與關(guān)鍵性波形進(jìn)行匹配與查找，當(dāng)發(fā)現(xiàn)同類或者類似性波形時，就立即產(chǎn)生神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反映，進(jìn)而得出故障類型與相關(guān)故障信息數(shù)據(jù)。

在這個過程中，重點(diǎn)是對變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行故障編碼輸入，使其在應(yīng)用中，可以通過自動智能化控制，自動把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)電流與波形數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出結(jié)果的取整，作為0或1顯示出來，進(jìn)而直接得到故障診斷結(jié)果。

而在實際操作過程中，波形分析診斷方法是通過采集分布于兩個雙饋?zhàn)兞髌鞯腘點(diǎn)數(shù)據(jù)來進(jìn)行信息輸入，基于此，波形分析輸出節(jié)點(diǎn)數(shù)為N，而其故障編碼位數(shù)為6位。也就是說，在輸入層與輸出層的節(jié)點(diǎn)數(shù)固定情況下，隱層節(jié)點(diǎn)的存在意味著整個故障分析系統(tǒng)具有處理信息能力強(qiáng)，學(xué)習(xí)與容錯能力強(qiáng)的特點(diǎn)。但也同時意味著故障分析系統(tǒng)對于故障分析與判斷的時間會延長。從這一點(diǎn)來說，存在于變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)變流器診斷故障分析系統(tǒng)中的隱層節(jié)點(diǎn)，只能通過進(jìn)一步提高樣本數(shù)據(jù)，即故障編碼的全面性來達(dá)到提升其泛化能力與處理速度的目的。要想提高故障分析診斷系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)處理能力與速度，對于學(xué)習(xí)參數(shù)的確定相當(dāng)重要。其中學(xué)習(xí)率、初始權(quán)值、動量項系數(shù)的范圍等相關(guān)數(shù)值，都會直接影響到其運(yùn)行速度?；诖?，為了提高應(yīng)用過程中對于變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)變流器故障的診斷準(zhǔn)確性與處理速度，就應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的仿真實驗來選取最優(yōu)化隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)與樣本數(shù)據(jù)范圍。

2.2 基于分析電流平均值的開路故障診斷分析方法

基于波形分析的變流器故障診斷方法，是對故障類型進(jìn)行全面排查，再歸類的一個處理過程。但由于電機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)，當(dāng)變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于同步速或者同步速附近時，誤報的可能性就會大大提高。

這也就提出了一個新的問題，如何通過其它方法來填補(bǔ)這方面的故障分析與診斷。也就是說，對于變速風(fēng)務(wù)發(fā)電機(jī)變流器而言，當(dāng)變流器橋臂無法導(dǎo)流時，一般可判斷是由于功率開關(guān)的開路故障所引起。在開路故障中電流波形會處于同步速附近，進(jìn)而呈現(xiàn)對稱關(guān)系，從而造成基于波形的神經(jīng)系統(tǒng)故障診斷誤報。而通過分析電流信號平均值來進(jìn)行開路故障診斷分析的方法應(yīng)運(yùn)而生，這種方法對于神經(jīng)系統(tǒng)基于波形的故障分析診斷方法起到了一個良好的誤報抑制作用，可以處理包括變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)在亞同步與超同步這兩種同步速附近的運(yùn)行故障原因分析任務(wù)。在實踐中，這種基于分析電流信號平均值的開路故障診斷方法全面消除了誤報的可能性，并且還可以達(dá)到快速準(zhǔn)確進(jìn)行開路故障位置與類型的結(jié)果生成。

2.3 實際應(yīng)用中對于兩種診斷方法的使用注意事項

從開路故障的診斷原理中可以看出，其主要的應(yīng)用在于對一個功率開關(guān)與兩個功率開關(guān)間產(chǎn)生的開路情況進(jìn)行電流平均值測算。由于電流信號處于同步速時會表現(xiàn)出一定的對稱性，一般來說是沿縱軸對稱，特別是當(dāng)變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)長期處于同步速運(yùn)行時，就應(yīng)啟用電流平均值診斷系統(tǒng)來避免原有的基于波形故障診斷分析可能存在的誤判。而當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速偏離同步速時，就可以應(yīng)用基于波形的神經(jīng)系統(tǒng)故障診斷方法。兩種診斷方法的實際使用中，考慮到風(fēng)速本身是一種變化中的隨機(jī)量，只要功率開關(guān)處于開路時，就會讓電機(jī)處于偏離同步速的狀態(tài)，那么應(yīng)用中這兩種方法就有效地解決了可能存在的漏診斷情況。仿真實驗中，根據(jù)電流器不同的工作狀態(tài)，切換兩種診斷方法進(jìn)行全面的變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)電流器故障診斷，其互補(bǔ)性在應(yīng)用中得到了證明。

結(jié)語

縱觀全文，筆者通過對基于波形分析的神經(jīng)系統(tǒng)故障分析方法與基于電流信號平均值的開路故障診斷方法進(jìn)行原理說明。當(dāng)基于波形分析神經(jīng)系統(tǒng)故障分析法易產(chǎn)生誤報時，可以進(jìn)行開路故障診斷方法的應(yīng)用，并闡述了兩者間的互補(bǔ)原理。通過這兩種方法間的互相補(bǔ)償作用與相互間的誤報抑制作用，為保障變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)變流器的穩(wěn)定運(yùn)行與故障排查與解決提供了重要的應(yīng)用工具，也為風(fēng)電系統(tǒng)的穩(wěn)定供電提供了技術(shù)支持。

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