CN109752654B

CN109752654B - 诊断定子的绕组集合

Info

Publication number: CN109752654B
Application number: CN201811318136.1A
Authority: CN
Inventors: N.M.A.弗莱雷
Original assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Priority date: 2017-11-07
Filing date: 2018-11-07
Publication date: 2021-06-15
Anticipated expiration: 2038-11-07
Also published as: US10782351B2; US20190137568A1; EP3480610B1; DK3480610T3; EP3480610A1; CN109752654A

Abstract

描述了一种在操作期间诊断发电机（13）的定子的至少一个绕组集合（15，23）的方法，所述绕组集合具有针对多个相（a，b，c）的多根线，所述方法包括：针对所述绕组集合的所述多根线中的每一根而获得从所述绕组集合的所述多根线中的相应线输出的个体功率（pa）的个体强度（pa,rms；pa,dc）；获得功率的总和强度（pdc）；针对所述绕组集合的所述多根线中的每根所考虑的线而形成所考虑的线的所述个体强度与所述总和强度之间的个体比率（da，db，dc）；针对所述绕组集合的所述多根线中的每根所考虑的线，通过从不与所考虑的线相对应的个体比率中减去取决于与所考虑的线相对应的个体比率的项，来形成诊断值（Fa，Fb，Fc）；基于比较所述诊断值来对至少一根线进行诊断。

Description

诊断定子的绕组集合

技术领域

本发明涉及用于在操作期间诊断发电机定子的至少一个绕组集合的方法以及装置。进一步地，本发明涉及包括该装置的发电机。

背景技术

多定子电机包括具有一个、两个或更多个绕组集合的定子。由于若干原因，绕组集合中的一个或多个可能是有故障的。例如，高电阻连接通常可能是由松动连接（由于工艺差、热循环和振动、或者因点蚀（pitting）、腐蚀或污染而导致的接触表面的损坏）产生的，该松动连接可能演变成开路故障。此外，作为过热和过度振动的后果，可能预期二次损坏，一些示例是绝缘损坏、铜导体的熔化、短路故障和火灾。因此，考虑到最终导致发电机更换的这种故障场景的高经济影响，将可靠的诊断方法合并到转换器/涡轮机控制器中以保护风力涡轮机以及一般地保护发电机是至关重要的。理想地，诊断方法应当能够在早期阶段处检测出故障，而不生成假警报。

检测发电机定子中的高电阻连接的一些传统上使用的技术可以基于：借助于红外热成像法的目视检查；静止/离线测试（例如，电阻测量）；相电流和/或电压中的负序分量的分析；零序电压；以及高频信号注入。传统地，定子不对称的诊断可能专注于短路匝的检测，从而示出以某种方式与高电阻连接类似的故障标记。

即使在多绕组集合定子中已经检测并定位了有故障的绕组集合之后，有故障的相可能仍然是未知的。因此，不能采取所要求的维修行动。在没有可见的过热损坏的早期故障检测的情况下，可能需要检查大量的连接，从而导致复杂的维修干预以及内藏发电机的风力涡轮机的长时间的停机。

因此，可能存在针对用于在操作期间诊断发电机（特别地，风力涡轮机的发电机）的定子的至少一个绕组集合的方法和装置，其中可以确保可靠的诊断，特别是关于绕组集合的哪个相或线受诸如高电阻之类的故障影响。

发明内容

该需要可以由根据独立权利要求的主题满足。本发明的有利实施例由从属权利要求描述。

本发明的实施例因此提供了使得能够对有故障的相进行定位从而大幅减少维修时间的方法和系统。因此，以三相发电机为例，与现有技术相比，仅需要检查三分之一的连接。

本发明的实施例提供了意图用于发电机（特别是在风力涡轮机中采用的发电机）的在线状况监视的故障定位方法和系统。特别地，可以使用本发明的实施例来对具有永磁发电机中的对应线的高电阻连接的相进行定位，从而使转换器控制器能够标记有故障的相，并且使得能够采取措施来修理或修复与该有故障的相相对应的线或连接。

本发明的实施例可以检测高电阻连接或短路匝、转换器开路故障、电流传感器故障、电和磁的不对称以及静态偏心。因此，本发明不限于检测发电机定子的一个或多个绕组集合的高电阻连接。

关于故障定位，不同故障类型（短路匝、转换器开路故障、电流传感器故障）可能要求这里所提出的诊断信号的修改。

根据本发明的一实施例，提供了一种在操作期间诊断发电机定子的至少一个绕组集合的方法，绕组集合具有针对多个相的多根线，该方法包括：针对绕组集合的该多根线中的每一根而获得从绕组集合的该多根线中的相应线输出的个体功率的个体强度；获得功率的总和强度；针对绕组集合的该多根线中的每根所考虑的线而形成所考虑的线的个体强度与总和强度之间的个体比率；针对绕组集合的该多根线中的每根所考虑的线，通过从不与所考虑的线相对应的个体比率中减去取决于与所考虑的线相对应的个体比率的项来形成诊断值；并基于比较诊断值来对至少一根线进行诊断。

该方法可以以软件和/或硬件实现，且特别地可以在发电机（特别是风力涡轮机发电机）的操作期间执行，例如由风力涡轮机控制器或转换器控制器来实施。

特别地，定子的绕组集合可以是三相绕组集合，针对三个相中的每一个而包括一根线。该三根线可以缠绕在定子的齿之间的槽周围或该槽内。绕组集合的三根线通常可以连接在例如星形配置中的连接点处。在该三根线的自由端处，可以获得相应的电流和电压，特别是在发电机操作期间测量相应电流和电压。针对绕组集合的每根线的电流和电压之积可以与绕组集合的该多根线中的每根线的个体功率相对应。个体功率的个体强度可以与个体功率的电平或幅度（特别地，其为AC量）相对应。个体功率可以是振荡信号或振荡量。

可以以许多方式获得强度（即，个体强度和总和强度），例如作为对应功率的幅度、电平、移动平均值或rms值。

对于多根线（一个绕组集合或多个绕组集合的多根线）中的每根所考虑的线，作为所考虑的线的个体强度与总和强度之间的比率而获得的个体比率是关联的。特别地，该总和强度可以被视为总功率的绝对值，特别是总功率的DC值。

通过从不与所考虑的线相对应的个体比率中减去取决于与所考虑的线相对应的个体比率的项来获得针对所考虑的线的诊断值。该项可以例如由与所考虑的线相对应的个体比率给出，或者可以包括附加量。基于比较诊断值对绕组集合的至少一根线的诊断可能不要求任何阈值，特别地，可能不要求将诊断值与任何阈值进行比较，但可能仅包括将诊断值彼此进行比较。

传统的技术可能具有以下缺陷：普遍的转换器控制的发电机中的故障信息被分割在电流与电压之间，并且因此，单个量的分析可能导致误解。此外，传统上固有的发电机阻抗不平衡可能未被考虑到，这可能导致错误的故障定位。

本发明可以基于以下发现：电机的个体绕组集合的相中的高电阻连接导致附加的电压降，从而导致不对称/不平衡的端电压和/或相电流。尽管大多数大型机器以某种方式固有地不平衡这一事实，根据本发明的实施例，正常操作与有故障的操作之间的变化可以由合适的状况监视方法来检测，且可以被考虑到。

特别地，本发明的实施例可以适用于闭环控制系统（即，矢量控制的驱动器、直接转矩控制的驱动器等），在闭环控制系统中，电气量中包含的故障信息可能不限于作为所采用的控制策略和控制器带宽的后果的相电流。因此，根据本发明的实施例而评估的瞬时功率的使用显得有吸引力，这是由于电流和电压中包含的故障信息被组合。

本发明的实施例的一个基本思想可以是针对每个发电机相而监视有功瞬时功率的相对变化。例如，在永磁同步发电机的传统控制系统中，所测量的相电流和参考电压或甚至所测量的电压可以是可容易得到的，且可以用于诊断目的而不增加成本和设备。因此，本发明的实施例可以特别地适用于永磁同步发电机。

该方法可以例如由风力涡轮机控制器来执行，该风力涡轮机控制器具有包括算术/逻辑单元的处理器。

根据本发明的一实施例，最大诊断值与之相关联的那根线被诊断为有故障的。从而，可能不要求阈值以用于识别有故障的线。先前可能已经在不知道所识别的绕组集合的哪个相或哪根线受影响的情况下确定了所考虑的绕组集合由此是有故障的。

根据本发明的一实施例，通过从不与所考虑的线相对应的一个个体比率中至少减去除该一个个体比率外的所有个体比率的均值来形成所考虑的线的诊断值。

通过考虑可以在发电机的传统控制器（特别是风力涡轮机控制器）中可得的诸如电压和电流之类的电气量来以简单的方式获得个体比率。可以测量或估计电流，可以测量或估计电压，或者可以将可被供给到风力涡轮机控制器的参考电压视为实际电压。

通过形成该差异，可以使得能够将与所考虑的线相对应的个体比率和其他线的比率进行比较。可以预期的是，与有故障的线相对应的个体比率小于所有其他线的个体比率，这是由于：因高电阻（因故障）所致，对应的功率输出被检查为降低。从而，可以提供用于定位和识别有故障的线的简单方法。

根据本发明的一实施例，通过从不与所考虑的线相对应的一个个体比率中至少减去与所考虑的线相对应的个体比率来形成所考虑的线的诊断值。如果指定了至少减去个体比率，则这意味着附加地还可以减去其他量。如果不与所考虑的线相对应的个体比率大于与所考虑的线相对应的个体比率，则所考虑的线的诊断值将大于与未考虑的线相对应的诊断值。从而，可以提供可靠的诊断。

根据本发明的一实施例，通过进一步减去在所考虑的线的健康状态中获得的所考虑的线的诊断值来形成所考虑的线的诊断值。当进一步减去在所考虑的线的健康状态中获得的所考虑的线的诊断值时，例如绕组集合的不同线的阻抗的固有不平衡被考虑到。从而，可以进一步改进该方法的可靠性和准确性，并且可以减少误报（false positive）的数目。

根据本发明的一实施例，功率的总和强度是所有线的功率之和的DC值。功率之和或个体功率的DC值可以作为移动平均值或通过对应瞬时功率的低通滤波而获得。

通过除以功率的总和强度，可以获得归一化。在健康状态中，个体比率中的每一个预期为1/N，其中N是绕组集合的相的数目或线的数目。如果个体比率从健康状态中的该预期值偏离且特别小于该预期值，则这可能指示对应的线是有故障的。

根据本发明的一实施例，所考虑的线的个体功率的个体强度是由所考虑的线输出的个体功率的rms值或DC值。rms值可以被计算为下述结果的平方根：功率平方的积分，该积分是在与振荡功率的至少一个时段相对应的时间间隔内取得的，并且将该积分除以该时间间隔。特别地，该强度可以对应于或等于功率的幅度或电平。从而，要求简单的方法步骤以计算或获得个体强度。

根据本发明的一实施例，先前已经通过执行在操作期间诊断发电机定子的第一绕组集合和该至少一个第二绕组集合的方法来诊断出绕组集合是有故障的，该方法包括：获得从第一绕组集合产生的第一功率的二次谐波的第一强度；获得从第二绕组集合产生的第二功率的二次谐波的第二强度；基于第一强度与第二强度之间的二次谐波功率差来诊断第一绕组集合和/或第二绕组集合。

该实施例可以适用于具有多个绕组集合的发电机。特别地，第一绕组集合和至少一个第二绕组集合可以是诸如三相绕组集合之类的多相绕组集合。从而，每个绕组集合可以包括缠绕在定子磁轭的槽中的齿周围的多根线（诸如三根线）。可以应用不同绕组方案。

发电机可以进一步包括相对于定子而可旋转地支撑的转子，其中特别地，多个永久磁体附着在转子处。在转子旋转时，在第一绕组集合的单个绕组集合中以及在该至少一个第二绕组集合中感应出电压，从而使得能够产生电能。该方法可以在转子相对于定子旋转时以及在发电机产生电能时执行。

取决于转子相对于定子旋转的旋转速度，发电机可以在第一绕组集合和第二绕组集合处输出相应的AC功率通量或功率流。从而，第一功率和第二功率分别由第一绕组集合和第二绕组集合中携带的电压和电流给出。第一功率以及第二功率可以包括有功功率和/或无功功率。根据本发明的实施例，仅无功功率分量（第一和第二绕组集合的无功功率分量）用于诊断、或者仅有功功率分量用于诊断、或者有功功率分量和无功功率分量两者均用于诊断第一绕组集合和该至少一个第二绕组集合。

二次谐波可以是以发电机的基本电频率的二倍进行振荡的振荡（相应绕组集合的输出电压和/或输出电流的振荡）。在其中不存在恶化或故障的理想情况下，绕组集合中的任一个预期仅递送基本电频率的功率流，使得二次谐波实质上为零。在相应功率的二次谐波不为零或不小于阈值的情况下，可能已经指示相应绕组集合至少部分有故障。

可以获得二次谐波的第一强度和二次谐波的第二强度，或将其定义为具有基本电频率的二倍的频率的振荡的幅度。二次谐波功率差是第一功率的二次谐波的第一强度与第二功率的二次谐波的第二强度之间的差。如果第一强度与第二强度之间存在偏离，则这可能指示绕组集合中的一个（特别地，具有二次谐波的较高强度的那一个）至少部分有故障，诸如展现出高电阻连接或松动连接或其他缺陷。

电机的至少一个相中的高电阻连接可能导致附加电压降，从而导致不对称/不平衡的端电压和/或相电流。因此，如果高电阻连接存在于绕组集合中的一个中，则针对该特定绕组集合的电压降预期高于针对（健康的或未受损的）绕组集合的电压降。尽管在某种程度上大多数大型机器固有地不平衡这一事实（其将通过应用如下面所解释的偏移而被考虑到），正常操作与有故障的操作之间的变化可以由如本发明的实施例中所提出的合适的状况监视方法来检测。

本发明的实施例的一个基本原理是：监视多定子发电机的所有定子（即，定子绕组）中的有功和无功瞬时功率中的二次谐波，并出于诊断目的而利用不同定子之间的偏离，以便检测多个绕组集合中的哪一个受影响。稍后，实施例使得能够检测有故障的绕组集合的哪个相或线是有故障的，如上面所描述的那样。

与传统方法相比，通过使用来自多个定子的信息，可以改进诊断方法的鲁棒性和灵敏度。特别地，可以改进对抗瞬态现象（诸如，速度和功率变化）的鲁棒性。进一步地，可以避免由于瞬态现象和固有的不对称而可能已经在传统方法中提出的假警报。

特别地，根据本发明的实施例，还可以在低负载状况和低严重性故障下使得能够进行故障检测。因此，可以提供可靠且鲁棒的诊断方法。

根据本发明的一实施例，该方法进一步包括：获得第一功率的第一功率时间平均值；获得第二功率的第二功率时间平均值；其中诊断涉及形成同二次谐波功率差与第一功率时间平均值和第二功率时间平均值之和（特别地，平均值）之间的比率成比例的功率差比率。

第一功率时间平均值以及还有第二功率时间平均值可以通过在特定时间间隔（特别地，移动时间间隔）内求平均而获得。相应的功率时间平均值可以与振荡功率通量或功率流的幅度成比例。二次谐波功率差可以除以第一功率时间平均值和第二功率时间平均值之和，以获得功率差比率。当该比率被形成时，将该差归一化成两个绕组集合的功率输出中的平均值，从而适当地使二次谐波功率差与相关的功率阶数相关。当针对进一步的分析而考虑该比率时，可以不要求阈值是依赖于负载的，而是可以将阈值设置为固定值。在其他实施例中，考虑二次谐波功率差而不形成该比率，但是然后可以将相应阈值设置成依赖于负载或功率的。形成功率差比率可以进一步简化该方法，且可以特别地简化对阈值进行设置。

根据本发明的一实施例，诊断涉及将从功率差比率导出的项与差阈值进行比较，其中如果该项的绝对值大于差阈值，则第一或第二绕组集合中的一个被诊断为有故障的。

当该项的绝对值较大时，第一强度与第二强度之间的差较大，从而指示绕组集合中的一个是有故障的。该项可以作为以偏移从功率差比率移位的值而被获得。通过由此考虑该项而不是功率差比率，可以考虑到第一绕组集合与第二绕组集合之间的固有（功率输出）差。从而，例如可以避免或至少减少假警报。差阈值可以被设置成使得在正常状况（即，健康的或没有故障的绕组集合）下该项的绝对值小于差阈值。例如，可以通过在操作期间分析没有恶化或没有故障的绕组集合来设置差阈值。当将该项与差阈值进行比较时，可以实施简单的诊断方法。

根据本发明的一实施例，该项被形成为以与第一绕组集合与第二绕组集合（两者均处于正常状态中）之间的预期功率输出差有关的偏移减小的功率差比率。

可以从功率差比率中减去该偏移以获得该项。偏移可以计及功率输出的固有不对称或者第一绕组集合和第二绕组集合的配置或构造中的固有差异。通过应用偏移，可以避免或至少减少假警报。可以在正常、健康的状况下根据操作参数（诸如，电压、电流）确定偏移或者在健康的状态中测量偏移。偏移可以例如是常量或变量。在第二种情况下，偏移可以被定义为基波功率的函数。例如，预期偏移可以仅仅由以下线性函数给出：

Expected_offset = Expected_m * Pdc + Expected_b，

其中Pdc是DC功率值，Expected_m和Expected_b是拟合参数或预定常量。

可以考虑更复杂的关系，但是所提供的结果示出了可以凭借线性函数来获得良好近似。

在其中发电机具有单个绕组集合的情况下，另一个方法可能已经被执行以推断出该绕组集合是有故障的。例如，可以通过将物理模型应用到发电机来估计发电机的功率输出，该物理模型可以使得能够基于旋转速度、电流、电压和发电机配置来导出预期的功率输出。如果所估计的功率输出从所测量的或以其他方式获得的功率输出偏离，则可以推断出该绕组集合是有故障的。然后可能期望检测出有故障的绕组集合的哪根线是有故障的。因此，可以利用如上面所解释的那样诊断发电机定子的至少一个绕组集合的实施例。

应当理解的是，根据本发明的实施例，针对在操作期间诊断发电机定子的至少一个绕组集合的方法而个体地或以任何组合公开、解释或提供的特征还可以被个体地或以任何组合应用到用于在操作期间诊断发电机定子的至少一个绕组集合的装置，并且反之亦然。

根据本发明的一实施例，提供了一种用于在操作期间诊断发电机定子的至少一个绕组集合的装置，该绕组集合具有针对多个相的多根线，该装置包括：处理器，被适配成：针对绕组集合的该多根线中的每一根而获得从绕组集合的该多根线中的相应线输出的个体功率的个体强度；获得功率的总和强度；针对绕组集合的该多根线中的每根所考虑的线而形成所考虑的线的个体强度与总和强度之间的个体比率；针对绕组集合的该多根线中的每根所考虑的线，通过从不与所考虑的线相对应的个体比率中减去取决于与所考虑的线相对应的个体比率的项，来形成诊断值；并基于比较诊断值来对至少一根线进行诊断。

该装置可以例如以硬件和/或软件而被包括在风力涡轮机控制器中。

根据本发明的一实施例，提供了一种发电机，特别是风力涡轮机的发电机，包括：具有至少一个绕组集合的定子；相对于该定子而可旋转地支撑且具有多个永久磁体的转子；以及被连接以用于诊断该绕组集合的根据前一实施例的装置。

现在参考附图来描述本发明的实施例。本发明不限于所图示或描述的实施例。

附图说明

图1示意性地图示了包括根据本发明的一实施例的发电机的根据本发明的一实施例的风力涡轮机；

图2示意性地图示了根据本发明的一实施例的故障定位方法或在操作期间诊断发电机定子的至少一个绕组集合的方法的框图；

图3和4图示了如根据本发明的实施例而配置的具有量或诊断信号的图表。

具体实施方式

附图中的图示是以示意性的形式存在的。应当注意的是，在不同图中，类似或相同的元件被提供有相同的附图标记，或被提供有仅在第一个数字内与对应附图标记不同的附图标记。

图1中示意性地图示的风力涡轮机1包括多个转子叶片5连接在其处的中枢3。中枢3连接到旋转轴7，旋转轴7耦合到可选的变速箱9。耦合到变速箱9的另一端的辅助轴11耦合到具有所图示的示例中的两个绕组集合定子的发电机13。根据其他实施例，发电机仅具有单个绕组集合。

在第一绕组集合15（特别是三相绕组集合）处，发电机13输出作为三相电流的第一功率17、19、21。第二绕组集合23输出作为三相电流的第二功率25、27、29。由第一绕组集合15产生的第一功率17、19、21被供给到第一AC-DC-AC转换器31，并且第二功率25、27、29被供给到第二AC-DC-AC转换器33。从而，第一AC-DC-AC转换器31以及第二AC-DC-AC转换器33包括AC-DC转换器部分35、DC链路37和DC-AC转换器部分39。第一和第二AC-DC-AC转换器31、33被配置用于分别将变频AC功率流17、19、21或25、27、29转换成固定频率功率流（特别是三相功率流41、43、45或47、49、51）。来自第一绕组集合15和第二绕组集合23的两个功率流在公共的变压器53中被变换成更高的电压，以作为三相功率流而被提供到公用电网55。

图1中所图示的风力涡轮机1进一步包括根据本发明的一实施例的用于在操作期间诊断发电机13中包括的定子的至少一个绕组集合的装置2。从而，装置3被配置成实施根据本发明的一实施例的诊断至少一个绕组集合15或23或者绕组集合15和23两者的方法。因此，装置2包括处理器4，处理器4被配置成：针对绕组集合的多根线中的每一根而获得从绕组集合的该多根线中的相应线输出的个体功率的个体强度；获得功率的总和强度；针对绕组集合的该多根线中的每根所考虑的线而形成所考虑的线的个体强度与总和强度之间的个体比率；针对绕组集合的该多根线中的每根所考虑的线，通过从不与所考虑的线相对应的个体比率中减去取决于与所考虑的线相对应的个体比率的项，来形成诊断值；并基于比较诊断值来对至少一根线进行诊断。

第一绕组集合15以及还有第二绕组集合23均包括与三个不同相相对应的三根线。根据本发明的其他实施例，第一绕组15和/或第二绕组23包括针对多于三个相的多于三根线。

针对第一绕组集合的三根线中的每一根的个体变频AC功率流17、19、21由该装置在信号6中获得，并且如第二绕组集合23所输出或第二绕组集合23的三根线所输出的个体功率流或输出功率25、27和29也由装置2获得作为输入信号8。

例如，第一绕组集合15的三根线和/或第二绕组集合23的三根线的相有功瞬时功率被给出为：

总瞬时有功功率可以被给出为：

其中u_abc和i_abc代表例如第一绕组集合15或第二绕组集合23的相电压和相电流。

根据本发明的其他实施例，风力涡轮机1包括发电机，该发电机仅具有单个绕组集合，该单个绕组集合具有针对三个不同相或甚至更多个不同相的三根线，但不是第二绕组集合23。本发明的实施例使得能够检测出绕组集合的哪个相是有故障的。

在已经从上面的等式（1）和（2）获得瞬时有功功率的情况下，可以计算诊断变量以用于故障定位。下面给出了计算这种信号的不同可能性或可替换方案。

选项1：计算p_abc的rms值并通过总DC有功功率对p_abc的rms值进行归一化，从而给出诊断信号，如下面的等式（3）中所说明的那样：

选项2：取而代之，使用p_abc的DC值，如下面的等式（4）中所详述的那样：

其中DC值可以凭借移动平均值或低通滤波器而获得，而对于rms值，首先计算绝对值，且然后对该绝对值进行求平均或低通滤波。在具有相（例如，第一绕组集合15和/或第二绕组集合23的相）之间的可忽略不计的阻抗不平衡的健康操作状况下，比率d_abc预期呈现接近1/3的相同值。

量d_abc可以表示针对定子13的绕组集合的每根线的个体比率。值p_a,rms或p_a,DC可以表示一个绕组集合的线的个体功率的个体强度。

从所计算的个体比率，可以以不同方式导出诊断值（或相定位信号），如下面所详述的那样。

根据第一个选项，通过从不与所考虑的线相对应的一个个体比率中至少减去与所考虑的线相对应的个体比率来形成所考虑的线的诊断值（F_a），如等式（5）中所给出的那样：

根据第二个选项，通过从不与所考虑的线相对应的一个个体比率中至少减去除该一个个体比率外的所有个体比率的均值来形成所考虑的线的诊断值（例如F_a），如下面的等式（6）中所详述的那样：

其中F_a,healthy代表在健康操作状况下由F_a呈现的值，对于完美平衡的三相发电机而言，该值近似为零，而当相阻抗固有地不平衡（通常地，大型发电机中的生产公差的后果）时，该值与零不同。例如，在（5）中，当绕组集合的对应线健康、未损坏且未受损时，F_a,healthy= d_b,healthy– d_a,healthy，其中d_b,healthy和d_a,healthy与如针对等式（3）和（4）中的不同选项而定义的个体比率相对应。相同的情况对于剩余的相c和d有效。由F_abc,healthy给出的预期不平衡可以由控制信号凭借仿真、实验测试或自动识别来获得。

值得注意的是，在本发明的实施例中，如果假定位信号或诊断信号或诊断值（F_abc,healthy）的初始值未被考虑到，并且在早期阶段（低严重性级别）处检测到故障，则发电机的固有不平衡可能导致错误的故障定位。因此，当如在健康状态中计算的诊断值被考虑到时，可以减少误报的数目。

根据仿真结果，通过使用等式（3）和（5）分别对d_abc和F_abc的计算可以提供提高的灵敏度，因此，它们的实际实现可以相对于其他选项而言优选。

因此，一旦特定绕组集合中的故障被检测到（例如，在第一绕组集合15中或在第二绕组集合23中），本发明的实施例就使得能够对先前被识别为有故障的绕组集合的绕组集合的有故障的线进行定位。从而，对诊断值F_a、F_b、F_c进行评估。故障定位信号（即，诊断信号或值）的最高值与有故障的相相对应，如下面的表1中所说明的那样：

表1：

有故障的相	故障标记
		a	max(F<sub>a</sub>，F<sub>b</sub>，F<sub>c</sub>) == F<sub>a</sub>
b	max(F<sub>a</sub>，F<sub>b</sub>，F<sub>c</sub>) == F<sub>b</sub>
		c	max(F<sub>a</sub>，F<sub>b</sub>，F<sub>c</sub>) == F<sub>c</sub>

应当注意的是，不要求阈值，这是由于故障检测是由不同的方法实施的。

图2中示意性地图示了诊断定子的绕组集合的方法的方法图。功率计算框201接收由附图标记203共同表示的三个相电流i_a、i_b和i_c。此外，功率计算模块201接收一个绕组集合的所有三根线的三个电压u_a、u_b和u_c，该一个绕组集合例如是第一绕组集合15或第二绕组集合23，这些电压值是利用附图标记205共同标记的。功率计算模块例如根据等式（1）和/或（2）来计算针对绕组的每个相a、b、c的个体功率p_abc，且还计算如等式（2）所给出的由p表示的功率之和。

个体功率和总和功率被输入到诊断信号计算框207中，诊断信号计算框207针对不同选项根据等式（5）或等式（6）计算诊断值，其中诊断值被标记为F_abc。

在故障定位逻辑209中输入诊断值，故障定位逻辑209将针对一个绕组集合的不同线（与不同相相对应）的诊断值F_a、F_b、F_c进行比较，并提供指示该绕组集合的哪个相以及因而哪根线有故障的输出211。故障定位逻辑进一步接收故障检测标志213。故障检测标志213启用/触发输出211，这是由于故障定位可以仅在完成故障检测（在一个绕组集合中检测到故障）之后被允许/执行。

图2中的方法是针对单三相绕组发电机而图示的，但是它还可以在多绕组机器中实现。在多绕组机器的情况下，图2中所图示的方法可以例如在如图1中所示出的每个AC-DC-AC转换器31和/或33的控制系统中实现。根据本发明的实施例，装置2可以被包含在控制器61和63内。

图3和4图示了图表301、401，图表301、401针对绕组集合的健康线的相a、b和c将图3中的个体比率d_a、d_b和d_c以及图4中的诊断值F_a、F_b和F_c分别示作菱形、正方形和三角形。从而，横坐标303、403指示发电机功率，并且纵坐标305、405指示图3中的个体比率的量值或图4中的诊断值。因此，图3和4图示了针对如例如图1中所图示的健康双定子PM发电机的实验数据。

利用附图标记307、309、311来在图3中指示针对相a、b和c的个体比率，这些个体比率全部接近于预期值1/3。

如从图4可以得出的那样，诊断值F_a,b,c接近于零，其中针对相a、b和c的诊断值分别由附图标记407、409、411来标记。在目前情况下，对于特定的所考虑的发电机，可以避免健康诊断值F_abc,healthy的应用。

此外，通过组合实验和仿真结果，观察到一个相中等于或高于150%的电阻增加将在所有操作状况（即，在4000kW与0kW的发电机功率之间）中被准确定位。关于低严重性（增加处于150%以下）的高电阻连接的定位，很可能要求F_abc,healthy的准确知识。

本发明的实施例提供了一种用于在风力涡轮机中采用的发电机的在线状况监视的解决方案。进一步地，提供了对电机中的有故障的相（即，具有增加的阻抗的相）进行定位的诊断方法。此外，提供了对包括单绕组和多绕组发电机的永磁发电机的定子中的高电阻连接进行定位的诊断方法。

所描述的诊断方法可以协助诸如近海涡轮机之类的风力涡轮机的维修。根据本发明的实施例描述了适于在频率转换器的控制器中实现的诊断方法。

应当注意的是，术语“包括”不排除其他元件或步骤，并且“一”或“一个”不排除多个。还可以组合与不同实施例相关联地描述的元件。还应当注意的是，权利要求中的附图标记不应当被理解为限制权利要求的范围。

Claims

1.在操作期间诊断发电机（13）的定子的至少一个绕组集合（15，23）的方法，所述绕组集合具有针对多个相（a，b，c）的多根线，所述方法包括：

针对所述绕组集合的所述多根线中的每一根而获得从所述绕组集合的所述多根线中的相应线输出的个体功率（pa）的个体强度（pa,rms；pa,dc）；

获得功率的总和强度（pdc）；

针对所述绕组集合的所述多根线中的每根所考虑的线而形成所考虑的线的所述个体强度与所述总和强度之间的个体比率（da，db，dc）；

针对所述绕组集合的所述多根线中的每根所考虑的线，通过从不与所考虑的线相对应的个体比率中减去由与所考虑的线相对应的个体比率给出的项，来形成诊断值（Fa，Fb，Fc）；

基于比较所述诊断值来对至少一根线进行诊断。

2.根据权利要求1所述的方法，其中最大诊断值与之关联的那根线被诊断为有故障。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所考虑的线的诊断值（Fa）是通过下述操作来形成的：从不与所考虑的线相对应的一个个体比率（db）中至少减去除所述一个个体比率外的所有个体比率的均值（（da+dc）/2）。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所考虑的线的诊断值（Fa）是通过下述操作来形成的：从不与所考虑的线相对应的一个个体比率（db）中至少减去与所考虑的线相对应的个体比率（da）。

5.根据权利要求3所述的方法，其中所考虑的线的诊断值（Fa）是通过下述操作来形成的：进一步减去在所考虑的线的健康状态中获得的所考虑的线的诊断值（Fa,healthy）。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中功率的总和强度是所有线的功率之和的DC值（pdc）。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其中所考虑的线的个体功率（pa）的个体强度是由所考虑的线输出的个体功率的rms值（pa,rms）或DC值（pa,dc）。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其中功率的DC值是作为移动平均值或通过瞬时功率的低通滤波而获得的。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其中先前已经通过执行在操作期间诊断发电机（13）的定子的第一绕组集合（15）和至少一个第二绕组集合（23）的方法来诊断出所述绕组集合是有故障的，所述方法包括：

获得从所述第一绕组集合（15）产生的第一功率（17，19，21）的二次谐波的第一强度；

获得从所述第二绕组集合（23）产生的第二功率（25，27，29）的二次谐波的第二强度；

基于所述第一强度与所述第二强度之间的二次谐波功率差来诊断所述第一绕组集合（15）和/或所述第二绕组集合（23）。

10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：

获得所述第一功率（17，19，21）的第一功率时间平均值；

获得所述第二功率（25，27，29）的第二功率时间平均值；

其中所述诊断涉及：形成同所述二次谐波功率差与所述第一功率时间平均值和所述第二功率时间平均值的总和之间的比率成比例的功率差比率。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述诊断涉及：将从功率差比率导出的项与差阈值进行比较，其中如果所述项的绝对值大于所述差阈值，则所述第一绕组集合（15）或所述第二绕组集合（23）中的一个被诊断为有故障的。

12.根据权利要求9所述的方法，其中所述项被形成为：以与均处于正常状态中的所述第一绕组集合（15）和所述第二绕组集合（23）之间的预期功率输出差有关的偏移减小的功率差比率。

13.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述功率是有功瞬时功率。

14.用于在操作期间诊断发电机（13）的定子的至少一个绕组集合（15，23）的装置（2），所述绕组集合具有针对多个相（a，b，c）的多根线，所述装置包括：

处理器（4），被适配成：

获得功率的总和强度（pdc）；

针对所述绕组集合的所述多根线中的每根所考虑的线而形成所考虑的线的所述个体强度与所述总和强度之间的个体比率（da）；

针对所述绕组集合的所述多根线中的每根所考虑的线，通过从不与所考虑的线相对应的个体比率中减去由与所考虑的线相对应的个体比率给出的项，来形成诊断值（Fa）；以及

基于比较所述诊断值来对至少一根线进行诊断。

15.发电机（13），包括：

定子，具有至少一个绕组集合；

转子，相对于所述定子而可旋转地支撑且具有多个永久磁体；以及

根据权利要求14所述的装置（2），被连接以用于诊断所述绕组集合。

16.根据权利要求15所述的发电机（13），其中所述发电机（13）是风力涡轮机（1）的一部分。