CN115199479A - 用于检测发电机中的轴承绝缘和接地电刷健康的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于防止电功率系统的发电机的轴承中的损坏的方法包括监测电功率系统的功率转换组件的一个或多个电信号。该方法还包括使用功率转换组件的(多个)操作参数来估计从端子到地的共模电流的阻抗路径。此外，该方法包括确定在诸如开关频率和/或谐波的不同频率下阻抗路径的一个或多个幅度和/或一个或多个相位角。此外，该方法包括基于一个或多个幅度和/或一个或多个相位角中的变化来确定阻抗路径是否指示发电机的轴承绝缘或接地电刷中的至少一个中的劣化。此外，该方法包括当阻抗路径指示发电机的轴承绝缘和/或接地电刷中的劣化时实现控制动作。

Description

用于检测发电机中的轴承绝缘和接地电刷健康的系统和方法
技术领域
本公开大体上涉及风力涡轮，并且更特别地涉及用于检测双馈感应发电机中的轴承绝缘和接地电刷健康的系统和方法。
背景技术
风电被认为是目前可用的最清洁、最环保的能量源之一，并且风力涡轮在这方面得到了越来越多的关注。现代风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱和一个或多个转子叶片。转子叶片利用已知的翼型件原理捕获风的动能。例如，转子叶片典型地具有翼型件的横截面轮廓，使得在操作期间，空气流过叶片，在侧面之间产生压差。因此，从压力侧朝向吸力侧导向的升力作用在叶片上。升力在主转子轴上生成扭矩，主转子轴齿轮传动到发电机以产生电力。
在许多风力涡轮中，发电机可电联接到双向功率转换器，该双向功率转换器包括经由调节的DC链路连结到线路侧转换器的转子侧转换器。这样的风力涡轮功率系统通常被称为双馈感应发电机(DFIG)。DFIG操作典型地特征在于转子电路从电流调节功率转换器供应电流。照此，风力涡轮由于可变的风速度而产生可变的机械扭矩，并且功率转换器确保该扭矩转换成在电网的相同频率下的电输出。
在操作期间，风冲击转子叶片，并且叶片将风能转换成驱动低速轴的机械旋转扭矩。低速轴构造成驱动齿轮箱，该齿轮箱随后升高低速轴的低旋转速度，以便以增加的旋转速度驱动高速轴。高速轴大体上联接到发电机，以便可旋转地驱动发电机转子。照此，旋转磁场可由发电机转子感应，并且电压可在发电机定子内感应。通过联接转子和定子的电磁场将旋转能转化为电能，电能经由电网断路器供应到功率电网。因此，主变压器升高电功率的电压幅度，使得转换的电功率可进一步传输到功率电网。
转子和定子之间的电容联接虽然不是所生成的功率的主要因素，但是可在转子中引起不期望的转子轴电压。此外，通过转子侧逆变器注入的高共模电压可通过电火花加工(EDM)潜在地损坏轴承。在正常操作条件下，由转子轴电压驱动的电流通过与转子和地接触的接地电刷安全地耗散。另外，在轴承壳体和DFIG框架之间提供绝缘。
然而，磨损影响电刷的导电性以及轴承壳体绝缘物的绝缘能力。因此，如果接地电刷不与转子接触，电压可在转子轴上积累。随着电压积累，它将利用最低阻抗路径放电到地。对于DFIG，该路径对应于轴承壳体中的油。照此，电压可在脉冲中放电，从而导致电弧。只要接地电刷被抬起，这种循环就可重复，导致轴承轨道的点蚀和沟蚀，这最终导致轴承失效。因此，需要在初始阶段检测轴承绝缘和/或接地电刷中的劣化，以防止在以后阶段EDM引起的轴承损坏。
因此，本公开涉及一种系统和方法，用于通过分析在涡轮控制器中捕获的数据来在早期阶段检测轴承绝缘和/或接地电刷中的劣化，以解决上述问题。
发明内容
本公开的方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者可从描述中显而易见，或者可通过本公开的实践获知。
在一个方面中，本公开涉及一种用于防止电功率系统的发电机的轴承中的损坏的方法。电功率系统包括功率转换组件，该功率转换组件具有联接到第二转换器的第一转换器。功率转换组件电联接到发电机。该方法包括经由控制器监测电功率系统的功率转换组件的一个或多个电信号。该方法还包括经由控制器使用功率转换组件的一个或多个电信号估计从端子到地的共模电流的阻抗路径。此外，该方法包括经由控制器确定在不同频率下阻抗路径的一个或多个幅度或一个或多个相位角中的至少一个。不同频率包括例如至少功率转换组件的开关频率和谐波。此外，该方法包括经由控制器基于一个或多个幅度或一个或多个相位角中的至少一个中的变化来确定阻抗路径是否指示发电机的轴承绝缘或接地电刷中的至少一个中的劣化。此外，该方法包括当阻抗路径指示发电机的轴承绝缘或接地电刷中的至少一个中的劣化时经由控制器实现控制动作。
在实施例中，(多个)操作参数可包括从第一转换器收集的电流和/或电压。在某些实施例中，电功率系统可为风力涡轮功率系统。在这样的实施例中，第一转换器是转子侧转换器，并且第二转换器是风力涡轮功率系统的线路侧转换器。此外，在实施例中，电流可为转子侧转换器的转子相电流，并且电压可为转子电压。在附加实施例中，端子是风力涡轮功率系统的转子端子。
在另外的实施例中，使用功率转换组件的一个或多个电信号来估计从端子到地的共模电流的阻抗路径可包括：分别使用转子侧转换器的转子电压和转子相电流来计算共模电压和共模电流；计算共模电压和共模电流的傅立叶频谱；以及计算作为共模电压和共模电流的傅立叶频谱的函数的从端子到地的阻抗路径。
在另一个实施例中，确定在不同频率下阻抗路径的一个或多个幅度和/或一个或多个相位角可包括：通过将共模电压的傅立叶频谱除以共模电流的傅立叶频谱来计算在多个开关频率边带下阻抗路径的一个或多个幅度；以及通过从共模电压的傅立叶频谱减去共模电流的傅立叶频谱来计算在多个开关频率边带下阻抗路径的一个或多个相位角。
在又另外的实施例中，基于一个或多个幅度或一个或多个相位角中的至少一个中的变化来确定阻抗路径是否指示发电机的轴承绝缘和/或接地电刷中的劣化可包括：将在多个开关频率边带下阻抗路径的一个或多个幅度与幅度阈值相比较；以及当一个或多个幅度中的变化超过幅度阈值时，生成在接地电刷中发生劣化的指示。
在特定实施例中，基于一个或多个幅度或一个或多个相位角中的至少一个中的变化来确定阻抗路径是否指示发电机的轴承绝缘或接地电刷中的至少一个中的劣化可包括：将在多个开关频率边带下阻抗路径的一个或多个相位角与相位角阈值相比较；以及当一个或多个相位角中发生的变化超过相位角阈值时，生成轴承绝缘中发生劣化的指示。
在附加实施例中，该方法可包括：从多个共模电压和电流的傅立叶频谱估计在一个或多个预定频率下的阻抗分布；使用阻抗分布估计指示轴承绝缘或接地电刷中的至少一个中的劣化的一个或多个异常度量；以及随时间推移对(多个)异常度量进行趋势分析。因此，该方法可包括在确定在不同频率下阻抗路径的(多个)幅度和/或(多个)相位角之后使用一个或多个基于数据的方法。可将这些不同的频率与基线簇相比较，以估计统计距离度量。然后，可使用该统计距离度量来标记指示轴承绝缘和/或接地电刷中的劣化的一个或多个异常度量，所述异常度量可随时间推移而呈现趋势。
在又另一个实施例中，控制动作可包括改变电功率系统的操作设定点、关闭电功率系统、生成警报、安排修理和/或更换轴承绝缘或接地电刷中的至少一个。
在若干实施例中，发电机可为双馈感应发电机(DFIG)。
在另一方面中，本公开涉及一种连接到功率电网的电功率系统，该电功率系统包括：双馈感应发电机(DFIG)，其包括转子和定子；功率转换组件，其电联接到DFIG；和控制器，其配置成控制该电功率系统。功率转换组件包括联接到第二转换器的第一转换器。控制器配置成执行多个操作，包括但不限于：监测电功率系统的功率转换组件的一个或多个电信号；使用功率转换组件的一个或多个电信号来估计从端子到地的共模电流的阻抗路径；确定在不同频率下的阻抗路径的一个或多个幅度或一个或多个相位角中的至少一个，该不同频率至少包括功率转换组件的开关频率和谐波；基于一个或多个幅度或一个或多个相位角中的至少一个中的变化来确定阻抗路径是否指示DFIG的轴承绝缘或接地电刷中的至少一个中的劣化；以及当阻抗路径指示DFIG的轴承绝缘或接地电刷中的至少一个中的劣化时，实现控制动作。
参考以下描述和所附权利要求书，本公开的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。并入并构成本说明书的一部分的附图图示了本公开的实施例，并与描述一起用于解释本公开的原理。
技术方案1. 一种用于防止电功率系统的发电机的轴承中的损坏的方法，所述电功率系统具有功率转换组件，所述功率转换组件具有联接到第二转换器的第一转换器，所述功率转换组件电联接到所述发电机，所述方法包括：
经由控制器监测所述电功率系统的所述功率转换组件的一个或多个电信号；
经由所述控制器使用所述功率转换组件的所述一个或多个电信号来估计从端子到地的共模电流的阻抗路径；
经由所述控制器确定在不同频率下所述阻抗路径的一个或多个幅度或一个或多个相位角中的至少一个，所述不同频率至少包括所述功率转换组件的开关频率和谐波；
经由所述控制器基于所述一个或多个幅度或所述一个或多个相位角中的至少一个中的变化来确定所述阻抗路径是否指示所述发电机的轴承绝缘或接地电刷中的至少一个中的劣化；和
当所述阻抗路径指示所述发电机的所述轴承绝缘或所述接地电刷中的至少一个中的劣化时经由所述控制器实现控制动作。
技术方案2. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述一个或多个电信号包括从所述第一转换器收集的电流或电压中的至少一个。
技术方案3. 根据技术方案2所述的方法，其中，所述电功率系统是风力涡轮功率系统的一部分，所述第一转换器是所述风力涡轮功率系统的转子侧转换器，并且所述第二转换器是所述风力涡轮功率系统的线路侧转换器，并且其中，所述电流包括所述转子侧转换器的转子相电流，并且所述电压包括转子电压。
技术方案4. 根据技术方案3所述的方法，其中，所述端子是所述风力涡轮功率系统的转子端子。
技术方案5. 根据技术方案3所述的方法，其中，使用所述功率转换组件的所述一个或多个电信号来估计从所述端子到地的所述共模电流的所述阻抗路径还包括：
分别使用所述转子侧转换器的所述转子电压和所述转子相电流来计算共模电压和所述共模电流；
计算所述共模电压和所述共模电流的傅立叶频谱；和
计算作为所述共模电压和所述共模电流的所述傅立叶频谱的函数的从所述端子到所述地的所述阻抗路径。
技术方案6. 根据技术方案5所述的方法，其中，确定在不同频率下所述阻抗路径的所述一个或多个幅度或所述一个或多个相位角中的至少一个还包括：
通过将所述共模电压的所述傅立叶频谱除以所述共模电流的所述傅立叶频谱来计算在多个开关频率边带下所述阻抗路径的所述一个或多个幅度；和
通过从所述共模电压的所述傅立叶频谱中减去所述共模电流的所述傅立叶频谱来计算在多个开关频率边带下所述阻抗路径的所述一个或多个相位角。
技术方案7. 根据技术方案6所述的方法，其中，基于所述一个或多个幅度或所述一个或多个相位角中的至少一个中的变化来确定所述阻抗路径是否指示所述发电机的轴承绝缘或所述接地电刷中的至少一个中的劣化还包括：
将在多个开关频率边带下的所述阻抗路径的所述一个或多个幅度与幅度阈值相比较；和
当所述一个或多个幅度中的变化超过所述幅度阈值时，生成在所述接地电刷中发生劣化的指示。
技术方案8. 根据技术方案6所述的方法，其中，基于所述一个或多个幅度或所述一个或多个相位角中的至少一个中的变化来确定所述阻抗路径是否指示所述发电机的轴承绝缘或所述接地电刷中的至少一个中的劣化还包括：
将在多个开关频率边带下的所述阻抗路径的所述一个或多个相位角与相位角阈值相比较；和
当所述一个或多个相位角中发生的变化超过所述相位角阈值时，生成在所述轴承绝缘中发生劣化的指示。
技术方案9. 根据技术方案1所述的方法，还包括：
从多个共模电压和电流的傅立叶频谱估计在多个预定频率下的阻抗分布；
使用所述阻抗分布估计指示所述轴承绝缘或所述接地电刷中的至少一个中的劣化的一个或多个异常度量；和
随时间推移对所述一个或多个异常度量进行趋势分析。
技术方案10. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述控制动作还包括改变所述电功率系统的操作设定点、关闭所述电功率系统、生成警报、安排修理或更换所述轴承绝缘或所述接地电刷中的至少一个中的至少一个。
技术方案11. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述发电机包括双馈感应发电机(DFIG)。
技术方案12. 一种用于监测电功率系统的发电机的健康的方法，所述电功率系统具有功率转换组件，所述功率转换组件具有联接到第二转换器的第一转换器，所述功率转换组件电联接到所述发电机，所述方法包括：
经由控制器监测所述电功率系统的所述功率转换组件的一个或多个电信号；
经由所述控制器使用所述功率转换组件的所述一个或多个电信号来估计从端子到地的共模电流的阻抗路径；和
经由所述控制器基于所述阻抗路径中的变化来确定所述阻抗路径是否指示所述发电机的轴承绝缘或接地电刷中的至少一个中的劣化。
技术方案13. 一种连接到功率电网的电功率系统，所述电功率系统包括：
双馈感应发电机(DFIG)，其包括转子和定子；
功率转换组件，其电联接到所述DFIG，所述功率转换组件包括联接到第二转换器的第一转换器；
控制器，其配置成控制所述电功率系统，所述控制器配置成执行多个操作，所述多个操作包括：
监测所述电功率系统的所述功率转换组件的一个或多个电信号；
使用所述功率转换组件的所述一个或多个电信号来估计从端子到地的共模电流的阻抗路径；
确定在不同频率下所述阻抗路径的一个或多个幅度或一个或多个相位角中的至少一个，所述不同频率至少包括所述功率转换组件的开关频率和谐波；
基于所述一个或多个幅度或所述一个或多个相位角中的至少一个中的变化来确定所述阻抗路径是否指示所述DFIG的轴承绝缘或接地电刷中的至少一个中的劣化；和
当所述阻抗路径指示所述DFIG的所述轴承绝缘或所述接地电刷中的至少一个中的劣化时实现控制动作。
技术方案14. 根据技术方案13所述的电功率系统，其中，所述一个或多个电信号包括从所述第一转换器收集的电流或电压中的至少一个。
技术方案15. 根据技术方案14所述的电功率系统，其中，所述电功率系统是风力涡轮功率系统的一部分，所述第一转换器是所述风力涡轮功率系统的转子侧转换器，所述第二转换器是所述风力涡轮功率系统的线路侧转换器，并且所述端子是所述风力涡轮功率系统的转子端子，并且其中，所述电流包括所述转子侧转换器的转子相电流，并且所述电压包括转子电压。
技术方案16. 根据技术方案13所述的电功率系统，其中，使用所述功率转换组件的所述一个或多个电信号来估计从所述端子到地的所述共模电流的所述阻抗路径还包括：
分别使用所述转子侧转换器的所述转子电压和所述转子相电流来计算共模电压和所述共模电流；
计算所述共模电压和所述共模电流的傅立叶频谱；和
计算作为所述共模电压和所述共模电流的所述傅立叶频谱的函数的从所述端子到所述地的所述阻抗路径。
技术方案17. 根据技术方案16所述的电功率系统，其中，确定在不同频率下所述阻抗路径的所述一个或多个幅度或所述一个或多个相位角中的至少一个还包括：
通过将所述共模电压的所述傅立叶频谱除以所述共模电流的所述傅立叶频谱来计算在多个开关频率边带下所述阻抗路径的所述一个或多个幅度；和
通过从所述共模电压的所述傅立叶频谱中减去所述共模电流的所述傅立叶频谱来计算在多个开关频率边带下所述阻抗路径的所述一个或多个相位角。
技术方案18. 根据技术方案16所述的电功率系统，其中，基于所述一个或多个幅度或所述一个或多个相位角中的至少一个的变化来确定所述阻抗路径是否指示所述DFIG的轴承绝缘或所述接地电刷中的至少一个中的劣化还包括：
将在多个开关频率边带下的所述阻抗路径的所述一个或多个幅度与幅度阈值相比较；和
当所述一个或多个幅度中的变化超过所述幅度阈值时，生成在所述接地电刷中发生劣化的指示。
技术方案19. 根据技术方案16所述的电功率系统，其中，基于所述一个或多个幅度或所述一个或多个相位角中的至少一个中的变化来确定所述阻抗路径是否指示所述DFIG的轴承绝缘或所述接地电刷中的至少一个中的劣化还包括：
将在多个开关频率边带下的所述阻抗路径的所述一个或多个相位角与相位角阈值相比较；和
当所述一个或多个相位角中发生的变化超过所述相位角阈值时，生成在所述轴承绝缘中发生劣化的指示。
技术方案20. 根据技术方案13所述的电功率系统，其中，所述多个操作还包括：
在估计所述阻抗路径之后使用一个或多个基于数据的方法，以便标记指示在所述轴承绝缘或所述接地电刷中的至少一个中劣化的多个异常阻抗路径；和
随时间推移对所述多个异常阻抗路径进行趋势分析。
附图说明
在参考附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本公开的完整且能够实现的公开内容，包括其最佳模式，在附图中：
图1图示根据本公开的风力涡轮的一个实施例的一部分的透视图；
图2图示适合与图1中所示的风力涡轮一起使用的电功率系统的一个实施例的示意图；
图3图示适合与图1中所示的风力涡轮一起使用的控制器的一个实施例的框图；
图4图示根据本公开的在发电机的电网侧保持恒定电频率输出的可变频率驱动器(VFD)的一个实施例的简化示意图；
图5图示根据本公开的发电机的一个实施例的横截面示意图，特别地图示了接触发电机的转子的接地电刷；
图6图示根据本公开的用于防止电功率系统的发电机的轴承中的损坏的方法的一个实施例的流程图；
图7图示根据本公开的用于防止电功率系统的发电机的轴承中的损坏的方法的另一个实施例的流程图；和
图8图示根据本公开的发电机中的共模路径上的故障的影响的一个实施例的示意图。
具体实施方式
现在将详细参考本公开的实施例，其一个或多个示例在附图中被图示。每个示例都是通过对本公开的解释来提供的，而不是对本公开的限制。事实上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可在本公开中进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的部分被图示或描述的特征可与另一个实施例一起使用，以产生又一另外的实施例。因此，意图是，本公开覆盖如归入所附权利要求书的范围内的这种修改和变型及其等同物。
大体上，本发明涉及一种用于防止连接到功率电网的电功率系统(诸如风力涡轮功率系统)的发电机(诸如DFIG)的轴承中的损坏(例如，对轴承绝缘或接地电刷的损坏)的系统和方法。特别地，在实施例中，可分析由转子侧逆变器注入的三相电流和电压，以估计从转子端子到地的共模电流的路径的阻抗。估计来自转子端子的共模输入阻抗，并使用阻抗相位角和幅度中的变化来检测阻抗从标称条件下以电感性为主到劣化条件下以电容性为主的转变。
特别地，在不同频率(包括开关频率及其谐波)下共模阻抗的幅度和相位分布(phase profile)指示路径是否表现异常。例如，幅度中的变化可指示接地电刷的部分劣化，而相位角中的变化可指示轴承绝缘的耗散因数变化。在一个实施例中，可对三相转子电流的旋转矢量进行复数快速傅立叶变换(FFT)。可跟踪一个或多个轴承频率分量，并且这些频率分量的形状(通过熵测量)和峰值大小/位置上的变化指示通过EDM进行的逐渐轴承损坏。此外，在某些实施例中，可在估计阻抗分布之后使用基于数据的方法，以便标记异常并随时间推移对异常增长进行趋势分析。
照此，本公开提供了许多现有技术中不存在的优点。例如，本公开的系统和方法可实现电刷诊断，而不需要用于测量轴电压和/或泄漏路径电流的任何单独传感器。相反，如所提及的，本公开的系统和方法使用逆变器电信号进行接地电刷诊断。特别地，在实施例中，本公开的系统和方法通过共模锁相放大器阻抗(look-in impedance)的频谱分析来估计接地电刷健康。此外，本公开的系统和方法可在不需要任何附加传感器的情况下获得轴承壳体绝缘诊断。例如，在实施例中，本公开的系统和方法可通过共模阻抗分析来检测轴承壳体绝缘劣化。
现在参考附图，图1图示了根据本公开的风力涡轮100的一部分的透视图，该风力涡轮构造成实现如本文中所述的方法。风力涡轮100包括机舱102，该机舱102典型地容纳发电机(未示出)。机舱102安装在塔架104上，塔架104具有有利于如本文中所述的风力涡轮100的操作的任何合适的高度。风力涡轮100还包括转子106，该转子106包括附接到旋转毂110的三个叶片108。备选地，风力涡轮100可包括有利于如本文中所述的风力涡轮100的操作的任何数量的叶片108。
现在参考图2，图示了可与风力涡轮100一起使用的电功率子系统200的一个实施例的示意图。此外，风力涡轮10和电功率系统200在本文中可统称为风力涡轮功率系统150。因此，在风力涡轮功率系统150的操作期间，风冲击叶片108，并且叶片108将风能转换成机械旋转扭矩，该机械旋转扭矩经由毂110能够旋转地驱动低速轴112(在本文中也称为转子轴)。低速轴112构造成驱动齿轮箱114，该齿轮箱114随后升高低速轴112的低旋转速度，以便以增加的旋转速度驱动高速轴116(在本文中也称为发电机轴)。高速轴116大体上能够旋转地联接到发电机118，以便能够旋转地驱动具有场绕组125(图5)的发电机转子122。
在一个实施例中，发电机118可为绕线转子、三相、双馈感应(异步)发电机(DFIG)，其包括磁联接到发电机转子122的发电机定子120。照此，旋转磁场可由发电机转子122感应，并且电压可在磁联接到发电机转子122的发电机定子120内感应。在一个实施例中，发电机118配置成在发电机定子120中将旋转机械能转换成正弦三相交流(AC)电能信号。相关联的电功率可经由定子总线208、定子同步开关206、系统总线216、主变压器电路断路器214和发电机侧总线236传输到主变压器234。主变压器234升高电功率的电压幅度，使得变换后的电功率可经由电网电路断路器238、断路器侧总线240和电网总线242进一步传输到电网。
此外，电功率系统200可包括控制器202，控制器配置成控制风力涡轮100的任何部件和/或实现如本文中所述的方法步骤。例如，如图3中特别地所示，控制器202可包括一个或多个处理器204和(多个)相关联的存储器设备207，其配置成执行各种计算机实现的功能(例如，执行如本文中公开的方法、步骤、计算等和存储相关数据)。另外，控制器202还可包括通信模块209，以有利于控制器202和风力涡轮100的各种部件(例如，图2的部件中的任何)之间的通信。此外，通信模块209可包括传感器接口211(例如，一个或多个模数转换器)，以允许从一个或多个传感器传输的信号被转换成可由处理器204理解和处理的信号。应当意识到，传感器(例如，传感器252、254、256、258)可使用任何合适的手段通信地联接到通信模块209。例如，如图3中所示，传感器252、254、256、258可经由有线连接联接到传感器接口211。然而，在其它实施例中，传感器252、254、256、258可经由无线连接联接到传感器接口211，诸如通过使用本领域中已知的任何合适的无线通信协议。照此，处理器204可配置成从传感器接收一个或多个信号。
如本文中所用，术语“处理器”不仅指在本领域中被称为包含在计算机中的集成电路，还指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路和其它可编程电路。处理器204还配置成计算高级控制算法，并传送到各种以太网或基于串行的协议(Modbus、OPC、CAN等)。另外，(多个)存储器设备207大体上可包括(多个)存储器元件，包括但不限于计算机可读介质(例如，随机存取存储器(RAM))、计算机可读非易失性介质(例如，闪存存储器)、软盘、致密盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字多功能盘(DVD)和/或其它合适的存储器元件。(多个)这样的存储器设备207可大体上配置成存储合适的计算机可读指令，当由(多个)处理器204实现时，所述指令配置控制器202来执行如本文中所述的各种功能。
重新参考图2，发电机定子120可经由定子总线208电联接到定子同步开关206。在一个实施例中，发电机转子122可经由转子总线212电联接到双向功率转换组件210或功率转换器。备选地，发电机转子122可经由有利于如本文中所述的电功率系统200的操作的任何其它设备电联接到转子总线212。在另一个实施例中，定子同步开关206可经由系统总线216电联接到主变压器电路断路器214。
功率转换组件210可包括第一转换器和第二转换器。例如，如图所示，第一转换器可为转子侧转换器220，并且第二转换器22可为线路侧转换器222。此外，如图所示，功率转换组件210可包括转子滤波器218，其经由转子总线212电联接到发电机转子122。此外，转子滤波器218可包括转子侧电抗器。转子滤波器总线219将转子滤波器218电联接到转子侧功率转换器220。此外，转子侧功率转换器220可经由单个直流(DC)链路244电联接到线路侧功率转换器222。备选地，转子侧功率转换器220和线路侧功率转换器222可经由单独和分离的DC链路电联接。此外，如图所示，DC链路244可包括正轨246、负轨248和联接在它们之间的至少一个电容器250。
此外，线路侧功率转换器总线223可将线路侧功率转换器222电联接到线路滤波器224。另外，线路总线225可将线路滤波器224电联接到线路接触器226。此外，线路滤波器224可包括线路侧电抗器。此外，线路接触器226可经由转换电路断路器总线230电联接到转换电路断路器228。此外，转换电路断路器228可经由系统总线216和连接总线232电联接到主变压器电路断路器214。主变压器电路断路器214可经由发电机侧总线236电联接到电功率主变压器234。主变压器234可经由断路器侧总线240电联接到电网电路断路器238。电网电路断路器238可经由电网总线242连接到电功率传输和分配电网。
特别地参考图2和图4，通过转子106的旋转在发电机定子120处生成的交流(AC)功率经由双路径提供到电网总线242。双路径由定子总线208和转子总线212限定。在转子总线侧212上，正弦多相(例如三相)AC功率被提供至功率转换组件210。转子侧功率转换器220将从转子总线212提供的AC功率转换成DC功率，并将DC功率提供至DC链路244。在转子侧功率转换器220的桥电路中使用的开关元件245(例如，IGBT)可被调制，以将从转子总线212提供的AC功率转换成适合于DC链路244的DC功率。
线路侧转换器222将DC链路244上的DC功率转换成适合于电气电网总线242的AC输出功率。特别地，线路侧功率转换器222的桥电路中使用的开关元件247(例如，IGBT)可被调制，以将DC链路244上的DC功率转换成线路侧总线225上的AC功率。来自功率转换组件210的AC功率可与来自定子120的功率结合，以提供具有基本上保持在电气电网总线242的频率(例如50Hz/60Hz)的频率的多相功率(例如三相功率)。
应当理解，转子侧功率转换器220和线路侧功率转换器222可具有使用任何开关设备的任何配置，所述开关设备有利于如本文中所述的电功率系统200的操作。例如，图4图示了在发电机118的电网侧上保持恒定电频率输出的可变频率驱动器(VFD)的一个实施例的简化示意图。如图所示，VFD配置包括转子侧转换器220上的六开关电压源型整流器、使DC电压变化最小化的DC链路电容器244和在电网侧上利用脉宽调制的六开关电压源型逆变器。转子侧开关元件245通常是二极管或可控硅整流器(SCR)，而电网侧开关元件247通常是绝缘栅双极晶体管(IGBT)。照此，通过VFD供应到发电机转子122的电流的幅度和电频率可改变，以考虑转子轴速度中的变化并保持发电机定子绕组上的恒定输出。
此外，功率转换组件210可与控制器202和/或单独或集成的转换器控制器262以电子数据通信的方式联接，以控制转子侧功率转换器220和线路侧功率转换器222的操作。例如，在操作期间，控制器202可配置成从第一组电压和电流传感器252接收一个或多个电压和/或电流测量信号。因此，控制器202可配置成经由传感器252监测和控制与风力涡轮100相关联的操作变量中的至少一些。在图示实施例中，传感器252中的每一个可电联接到功率电网总线242的三相中的每个相。备选地，传感器252可电联接到有利于如本文中所述的电功率系统200的操作的电功率系统200的任何部分。除了上述传感器之外，传感器还可包括第二组电压和电流传感器254、第三组电压和电流传感器256、第四组电压和电流传感器258(全部在图2中示出)和/或任何其它合适的传感器。
还应当理解，任何数量或类型的电压和/或电流传感器252、254、256、258可在风力涡轮100内且在任何位置处使用。例如，传感器可为电流互感器、分流传感器、罗果夫斯基线圈、霍尔效应电流传感器、微惯性测量单元(MIMU)或类似物，和/或本领域中现在已知或以后开发的任何其它合适的电压或电流传感器。
因此，转换器控制器262配置成从传感器252、254、256、258接收一个或多个电压和/或电流反馈信号。更具体地，在某些实施例中，电流或电压反馈信号可包括线路反馈信号、线路侧转换器反馈信号、转子侧转换器反馈信号或定子反馈信号中的至少一个。例如，如图示实施例中所示，转换器控制器262从与定子总线208以电子数据通信联接的第二组电压和电流传感器254接收电压和电流测量信号。转换器控制器262还可从第三组电压和电流传感器256和第四组电压和电流传感器258接收第三组和第四组电压和电流测量信号。此外，转换器控制器262可配置成具有本文中关于控制器202描述的任何特征。照此，转换器控制器262配置成实现如本文中所述的各种方法步骤，并且可配置成类似于控制器202。
现在参考图5和图6，提供了各种图示来进一步描述本公开的系统和方法。例如，图5图示了本公开的发电机118的一个实施例的透视横截面图，特别地图示了与其转子122配置的多个电刷126；并且图6图示了用于防止电功率系统200的发电机118的轴承(诸如轴承124)中的损坏的方法300的一个实施例的流程图。
特别地如图5中所示，发电机118大体上可包括用于容纳发电机定子120和发电机转子122的轴承壳体130。此外，如图所示，发电机转子122包括场绕组125或线圈。此外，如图所示，轴承壳体130还大体上包括周向地布置在场绕组125周围的轴承绝缘132。此外，发电机118还可包括能够旋转地安装到高速轴116中的一个或多个轴承124。此外，发电机118可包括固连有一个或多个电刷126的一个或多个发电机滑环128。
因此，在风力涡轮操作期间，由于发电机转子122和定子120之间的电容联接，典型地在高速轴116上感应出电压。电容联接与VFD操作直接相关，因为电压随时间的变化(dv/dt)导致电容联接。此外，发电机磁场的非对称性也可导致高速轴116上的轴电压。在正常操作条件下，由该感应轴电压驱动的电流通过电刷126安全地耗散。一般来说，这样的电刷126充当旋转滑环和固定汇流条之间的滑动触点。
此外，这样的电刷126典型地由石墨/金属复合物构成，其被压成矩形条形，并且典型地安装在发电机118的非驱动端部上。应当理解，发电机118可包括任何合适数目的电刷126，特别地包括至少一个电刷。此外，如图5中所示，电刷126可垂直于高速轴116安装。备选地，电刷126可相对于发电机转子122具有任何其它合适的安装配置。照此，电刷126中的一些可用来从发电机滑环128中的至少一个引出AC电压，而其余的(多个)电刷充当到地的受控路径(即，接地电刷)。此外，如图所示，电刷126可定位在(多个)发电机滑环128的径向外侧，其中每组中的连续电刷间隔60至120度安装。此外，每个电刷126可刚性地固定在其轴向位置中，以便在正常操作负载下最小化偏转。电刷保持器还可使用恒定压力螺旋弹簧来保持(多个)电刷126和(多个)发电机滑环128之间的接触。也可在电刷保持器的底部处安装微动开关，以便在电刷磨损太多时触发警告信号。
照此，接地电刷126可尺寸设计和定向成接合发电机转子122，以有利于提供从发电机转子122到地(未示出)的电连接。因此，接地电刷126配置成保护轴承124以及发电机118的所有其它部件免受有害的电压和电流。更具体地，接地电刷126配置成提供围绕轴承124的低阻抗路径。
当发电机接地系统受到损害(即，接地电刷126与对应的发电机滑环128失去接触)时，在高速轴116上积累过量电压。该轴电压驱动电流，以找到到地的最低阻抗路径。在风力涡轮DFIG的情况下，该路径穿过轴承壳体130。更具体地，高速轴116将首先积累电压。如果接地系统受到损害(即，接地电刷126被抬起)，则连接或联接到发电机转子122的所有部件也将开始积累电压。由于润滑油的存在，外环滚道(outer race ball pass)是大部分放电发生的地方。油具有较低的介电容量，并且比周围的空气或其它介电材料分解得更快。一旦该电压超过轴承中的润滑油的介电容量，它就将以脉冲放电，引起电弧。只要接地电刷126被抬起，这种循环就会重复，导致轴承轨道的点蚀和沟蚀，最终导致轴承失效。此外，上述问题还导致轴承绝缘132的损坏。
照此，本公开旨在防止这样的轴承损坏。更具体地，如图6中所示，示出了用于防止电功率系统200的发电机118的轴承(诸如轴承124)中的损坏的方法300的一个实施例的流程图。一般来说，方法300在本文中参照图1至图5中图示的风力涡轮10、电功率系统200、控制器202和发电机118进行描述。然而，应当意识到，所公开的方法300可利用具有任何其它合适配置的电功率系统来实现。此外，尽管为了说明和讨论的目的，图6描绘了以特定顺序执行的步骤，但是本文中讨论的方法不限于任何特定顺序或布置。使用本文中提供的公开内容，本领域技术人员将意识到，在不偏离本公开的范围的情况下，本文中公开的方法的各种步骤能够以各种方式被省略、重新布置、组合和/或修改。
如在(302)处所示，方法300包括经由控制器(诸如控制器202)监测功率转换组件210的一个或多个电信号。例如，在实施例中，(多个)操作参数可包括从转子侧功率转换器220收集的电流和/或电压。更具体地，在实施例中，电流可为转子侧功率转换器220的转子相电流，并且电压可为转子电压。
如在(304)处所示，方法300包括经由控制器202使用功率转换组件210的一个或多个电信号估计从端子到地的共模电流的阻抗路径。在实施例中，例如，端子可为转子端子。更具体地，图7图示了详细的方法400，如在(402)处所示，该方法包括捕获转子相电压(VR_a[b,c])和转子电流(IR_a[b,c])以估计阻抗路径。
例如，重新参考图6，如在(404)处所示，控制器202然后可分别使用转子侧功率转换器220的转子电压和转子相电流来计算共模电压(VR_CM)和共模电流(IR_CM)。例如，如图所示，由转子侧功率转换器220注入的共模电压(VR_CM)和共模电流(IR_CM)可分别使用下面的方程(1)和(2)来计算：
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其中，VA、VB和VC是来自转子侧功率转换器220的三相PWM电压，并且
其中，IA、IB和IC是来自转子侧功率转换器220的三相PWM电流。
在某些实施例中，端子电压的现场测量可通过预编程来避免或补充。此外，感兴趣的特定频率的共模电压可表征为转换器(电网侧和转子侧)的调制状态和转换器的内部电压的函数。共模电流也可直接通过接地路径上或返回线路上的电流传感器测量。
此外，如在图7的(406)处所示，控制器202然后可将共模电压VR_CM和共模电流IR_CM的傅立叶频谱分别计算为F(VR_CM)和F(IR_CM)。在这样的实施例中，控制器202还可在傅立叶频谱上运行峰值检测，并选择具有高于所选幅度的电压峰值的频率，从而防止本底噪声被拾取为峰值。此外，在实施例中，控制器202配置成分析在开关频率附近的傅立叶频谱。因此，控制器202然后可计算作为共模电压和共模电流的傅立叶频谱的函数的从端子到地的阻抗路径ZR_CM。
在附加实施例中，方法300还可包括在估计阻抗路径之后使用一个或多个基于数据的方法，以便标记指示轴承绝缘132和/或接地电刷126中的劣化的多个异常阻抗路径，并随时间推移对多个异常阻抗路径进行趋势分析。
重新参考图6，如在(306)处所示，方法300还包括经由控制器202确定在不同频率下阻抗路径ZR_CM的一个或多个幅度或一个或多个相位角中的至少一个。不同频率包括例如至少功率转换组件210的开关频率和谐波。在特定实施例中，如在图7的(408)处所示，控制器202可通过计算在多个开关频率边带下阻抗路径的(多个)幅度来确定在不同频率下阻抗路径ZR_CM的(多个)幅度和/或(多个)相位角。例如，在实施例中，控制器202配置成通过将共模电压VR_CM的傅立叶频谱除以共模电流IR_CM的傅立叶频谱来计算在多个开关频率边带下阻抗路径ZR_CM的(多个)幅度。此外，在实施例中，控制器202配置成通过从共模电压VR_CM的傅立叶频谱减去共模电流IR_CM的傅立叶频谱来计算阻抗路径ZR_CM的(多个)相位角。
因此，重新参考图6，如在(308)处所示，方法300包括经由控制器202基于幅度和/或相位角中的变化来确定阻抗路径是否指示发电机118的轴承绝缘132和/或接地电刷126中的劣化。更具体地，如在图7的(410)处所示，控制器202配置成通过将阻抗路径的(多个)幅度(例如，F(ZR_CM(Mag)))与幅度阈值(例如，Mag_Threshold)相比较来确定阻抗路径是否指示接地电刷126中的劣化。类似地，如在(410)处所示，控制器202还配置成通过将阻抗路径的(多个)相位角(例如，F(ZR_CM(Ph)))与相位角阈值(例如，Ph_Threshold)相比较来确定阻抗路径是否指示轴承绝缘132中的劣化。
因此，如在(412)处所示，如果阻抗路径的(多个)幅度和/或(多个)相位角超过相应阈值，则控制器202配置成生成劣化的指示。例如，如果(多个)幅度超过幅度阈值，则该指示表明接地电刷126有故障。类似地，如在(412)处所示，如果(多个)相位角超过相位角阈值，则该指示表明轴承绝缘132有故障。备选地，如在(414)处所示，如果(多个)幅度和/或(多个)相位角不超过它们相应的阈值，则该指示表明接地电刷126和轴承绝缘132是健康的。
因此，重新参考图6，如在(310)处所示，方法300包括当阻抗路径指示发电机118的轴承绝缘或接地电刷中的至少一个中的劣化时经由控制器202实现控制动作。例如，在特定实施例中，控制动作可包括改变风力涡轮10的操作设定点、关闭风力涡轮10、生成警报、安排修复、更换轴承绝缘132或接地电刷126中的至少一个、和/或任何其它合适的动作。
现在参考图8，图示了故障对示例DFIG的共模路径的影响的示意图。如图所示，当接地电刷126被连接时(上图)，主导电流路径跟随箭头500。相反，当接地电刷126损坏或连接不良时(下图)，由于如在504处所示增加的电阻，主导电流路径跟随箭头502。更具体地，从图8的上图到下图，接地电刷路径中的串联电阻从可忽略劣化到非常大。另外，串联电容减小，从而增强电抗的电容性部分。因此，以电感性为主的锁相放大器阻抗变成以电容性为主的。照此，通过监测阻抗角中的变化，可通过监测阻抗角是否已经从电感象限朝向电容象限移动来估计劣化状态和趋势分析以用于预测。
因此，本文中描述的系统和方法有效地利用由转子侧功率转换器220记录的电流和电压来估计从转子端子到地的共模电流的路径的锁相放大器阻抗。因此，如本文中所述，在不同频率下的共模阻抗的幅度和相位分布指示路径是否表现异常。
本发明的各个方面和实施例由以下编号的条款限定：
条款1. 一种用于防止电功率系统的发电机的轴承中的损坏的方法，该电功率系统具有功率转换组件，该功率转换组件具有联接到第二转换器的第一转换器，该功率转换组件电联接到发电机，该方法包括：
经由控制器监测电功率系统的功率转换组件的一个或多个电信号；
经由控制器使用功率转换组件的一个或多个电信号来估计从端子到地的共模电流的阻抗路径；
经由控制器确定在不同频率下阻抗路径的一个或多个幅度或一个或多个相位角中的至少一个，该不同频率至少包括功率转换组件的开关频率和谐波；
经由控制器基于一个或多个幅度或一个或多个相位角中的至少一个中的变化来确定阻抗路径是否指示发电机的轴承绝缘或接地电刷中的至少一个中的劣化；和
当阻抗路径指示发电机的轴承绝缘或接地电刷中的至少一个中的劣化时经由控制器实现控制动作。
条款2. 根据条款1所述的方法，其中，一个或多个电信号包括从第一转换器收集的电流或电压中的至少一个。
条款3. 根据条款2所述的方法，其中，电功率系统是风力涡轮功率系统的一部分，第一转换器是风力涡轮功率系统的转子侧转换器，并且第二转换器是风力涡轮功率系统的线路侧转换器，并且其中，电流包括转子侧转换器的转子相电流，并且电压包括转子电压。
条款4. 根据条款3所述的方法，其中，端子是风力涡轮功率系统的转子端子。
条款5. 根据条款3所述的方法，其中，使用功率转换组件的一个或多个电信号来估计从端子到地的共模电流的阻抗路径还包括：
分别使用转子侧转换器的转子电压和转子相电流来计算共模电压和共模电流；
计算共模电压和共模电流的傅立叶频谱；和
计算作为共模电压和共模电流的傅立叶频谱的函数的从端子到地的阻抗路径。
条款6. 根据条款5所述的方法，其中，确定在不同频率下阻抗路径的一个或多个幅度或一个或多个相位角中的至少一个还包括：
通过将共模电压的傅立叶频谱除以共模电流的傅立叶频谱来计算在多个开关频率边带下阻抗路径的一个或多个幅度；和
通过从共模电压的傅立叶频谱中减去共模电流的傅立叶频谱来计算在多个开关频率边带下阻抗路径的一个或多个相位角。
条款7. 根据条款6所述的方法，其中，基于一个或多个幅度或一个或多个相位角中的至少一个中的变化来确定阻抗路径是否指示发电机的轴承绝缘或接地电刷中的至少一个中的劣化还包括：
将在多个开关频率边带下的阻抗路径的一个或多个幅度与幅度阈值相比较；和
当一个或多个幅度中的变化超过幅度阈值时，生成在接地电刷中发生劣化的指示。
条款8. 根据条款6至7所述的方法，其中，基于一个或多个幅度或一个或多个相位角中的至少一个中的变化来确定阻抗路径是否指示发电机的轴承绝缘或接地电刷中的至少一个中的劣化还包括：
将在多个开关频率边带下的阻抗路径的一个或多个相位角与相位角阈值相比较；和
当一个或多个相位角中发生的变化超过相位角阈值时，生成在轴承绝缘中发生劣化的指示。
条款9. 根据前述条款中的任一项所述的方法，还包括：
从多个共模电压和电流的傅立叶频谱估计在多个预定频率下的阻抗分布；
使用阻抗分布估计指示轴承绝缘或接地电刷中的至少一个中的劣化的一个或多个异常度量；和
随时间推移对一个或多个异常度量进行趋势分析。
条款10. 根据前述条款中的任一项所述的方法，其中，控制动作还包括改变电功率系统的操作设定点、关闭电功率系统、生成警报、安排修理或更换轴承绝缘或接地电刷中的至少一个中的至少一个。
条款11. 根据前述条款中的任一项所述的方法，其中，发电机包括双馈感应发电机(DFIG)。
条款12. 一种用于监测电功率系统的发电机的健康的方法，该电功率系统具有功率转换组件，该功率转换组件具有联接到第二转换器的第一转换器，该功率转换组件电联接到发电机，该方法包括：
经由控制器监测电功率系统的功率转换组件的一个或多个电信号；
经由控制器使用功率转换组件的一个或多个电信号来估计从端子到地的共模电流的阻抗路径；和
经由控制器基于阻抗路径中的变化来确定阻抗路径是否指示发电机的轴承绝缘或接地电刷中的至少一个中的劣化。
条款13. 一种连接到功率电网的电功率系统，该电功率系统包括：
双馈感应发电机(DFIG)，其包括转子和定子；
功率转换组件，其电联接到DFIG，该功率转换组件包括联接到第二转换器的第一转换器；
控制器，其配置成控制电功率系统，该控制器配置成执行多个操作，所述多个操作包括：
监测电功率系统的功率转换组件的一个或多个电信号；
使用功率转换组件的一个或多个电信号来估计从端子到地的共模电流的阻抗路径；
确定在不同频率下阻抗路径的一个或多个幅度或一个或多个相位角中的至少一个，该不同频率至少包括功率转换组件的开关频率和谐波；
基于一个或多个幅度或一个或多个相位角中的至少一个中的变化来确定阻抗路径是否指示DFIG的轴承绝缘或接地电刷中的至少一个中的劣化；和
当阻抗路径指示DFIG的轴承绝缘或接地电刷中的至少一个中的劣化时实现控制动作。
条款14. 根据条款13所述的电功率系统，其中，一个或多个电信号包括从第一转换器收集的电流或电压中的至少一个。
条款15. 根据条款14所述的电功率系统，其中，电功率系统是风力涡轮功率系统的一部分，第一转换器是风力涡轮功率系统的转子侧转换器，第二转换器是风力涡轮功率系统的线路侧转换器，并且端子是风力涡轮功率系统的转子端子，并且其中，电流包括转子侧转换器的转子相电流，并且电压包括转子电压。
条款16. 根据条款13至15所述的电功率系统，其中，使用功率转换组件的一个或多个电信号来估计从端子到地的共模电流的阻抗路径还包括：
分别使用转子侧转换器的转子电压和转子相电流来计算共模电压和共模电流；
计算共模电压和共模电流的傅立叶频谱；和
计算作为共模电压和共模电流的傅立叶频谱的函数的从端子到地的阻抗路径。
条款17. 根据条款16所述的电功率系统，其中，确定在不同频率下阻抗路径的一个或多个幅度或一个或多个相位角中的至少一个还包括：
通过将共模电压的傅立叶频谱除以共模电流的傅立叶频谱来计算在多个开关频率边带下阻抗路径的一个或多个幅度；和
通过从共模电压的傅立叶频谱中减去共模电流的傅立叶频谱来计算在多个开关频率边带下阻抗路径的一个或多个相位角。
条款18. 根据条款16至17所述的电功率系统，其中，基于一个或多个幅度或一个或多个相位角中的至少一个中的变化来确定阻抗路径是否指示DFIG的轴承绝缘或接地电刷中的至少一个中的劣化还包括：
将在多个开关频率边带下的阻抗路径的一个或多个幅度与幅度阈值相比较；和
当一个或多个幅度中的变化超过幅度阈值时，生成在接地电刷中发生劣化的指示。
条款19. 根据条款16至18所述的电功率系统，其中，基于一个或多个幅度或一个或多个相位角中的至少一个中的变化来确定阻抗路径是否指示DFIG的轴承绝缘或接地电刷中的至少一个中的劣化还包括：
将在多个开关频率边带下的阻抗路径的一个或多个相位角与相位角阈值相比较；和
当一个或多个相位角中发生的变化超过相位角阈值时，生成在轴承绝缘中发生劣化的指示。
条款20. 根据条款13至19所述的电功率系统，其中，多个操作还包括：
在估计阻抗路径之后使用一个或多个基于数据的方法，以便标记指示在轴承绝缘或接地电刷中的至少一个中劣化的多个异常阻抗路径；和
随时间推移对多个异常阻抗路径进行趋势分析。
本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本公开，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践本公开，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何并入的方法。本公开的可专利性范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例包括与权利要求书的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等同结构元件，则这些其它示例意图在权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种用于防止电功率系统的发电机的轴承中的损坏的方法，所述电功率系统具有功率转换组件，所述功率转换组件具有联接到第二转换器的第一转换器，所述功率转换组件电联接到所述发电机，所述方法包括：
经由控制器监测所述电功率系统的所述功率转换组件的一个或多个电信号；
经由所述控制器使用所述功率转换组件的所述一个或多个电信号来估计从端子到地的共模电流的阻抗路径；
经由所述控制器确定在不同频率下所述阻抗路径的一个或多个幅度或一个或多个相位角中的至少一个，所述不同频率至少包括所述功率转换组件的开关频率和谐波；
经由所述控制器基于所述一个或多个幅度或所述一个或多个相位角中的至少一个中的变化来确定所述阻抗路径是否指示所述发电机的轴承绝缘或接地电刷中的至少一个中的劣化；和
当所述阻抗路径指示所述发电机的所述轴承绝缘或所述接地电刷中的至少一个中的劣化时经由所述控制器实现控制动作。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个电信号包括从所述第一转换器收集的电流或电压中的至少一个。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述电功率系统是风力涡轮功率系统的一部分，所述第一转换器是所述风力涡轮功率系统的转子侧转换器，并且所述第二转换器是所述风力涡轮功率系统的线路侧转换器，并且其中，所述电流包括所述转子侧转换器的转子相电流，并且所述电压包括转子电压。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述端子是所述风力涡轮功率系统的转子端子。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，使用所述功率转换组件的所述一个或多个电信号来估计从所述端子到地的所述共模电流的所述阻抗路径还包括：
分别使用所述转子侧转换器的所述转子电压和所述转子相电流来计算共模电压和所述共模电流；
计算所述共模电压和所述共模电流的傅立叶频谱；和
计算作为所述共模电压和所述共模电流的所述傅立叶频谱的函数的从所述端子到所述地的所述阻抗路径。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，确定在不同频率下所述阻抗路径的所述一个或多个幅度或所述一个或多个相位角中的至少一个还包括：
通过将所述共模电压的所述傅立叶频谱除以所述共模电流的所述傅立叶频谱来计算在多个开关频率边带下所述阻抗路径的所述一个或多个幅度；和
通过从所述共模电压的所述傅立叶频谱中减去所述共模电流的所述傅立叶频谱来计算在多个开关频率边带下所述阻抗路径的所述一个或多个相位角。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，基于所述一个或多个幅度或所述一个或多个相位角中的至少一个中的变化来确定所述阻抗路径是否指示所述发电机的轴承绝缘或所述接地电刷中的至少一个中的劣化还包括：
将在多个开关频率边带下的所述阻抗路径的所述一个或多个幅度与幅度阈值相比较；和
当所述一个或多个幅度中的变化超过所述幅度阈值时，生成在所述接地电刷中发生劣化的指示。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，基于所述一个或多个幅度或所述一个或多个相位角中的至少一个中的变化来确定所述阻抗路径是否指示所述发电机的轴承绝缘或所述接地电刷中的至少一个中的劣化还包括：
将在多个开关频率边带下的所述阻抗路径的所述一个或多个相位角与相位角阈值相比较；和
当所述一个或多个相位角中发生的变化超过所述相位角阈值时，生成在所述轴承绝缘中发生劣化的指示。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括：
从多个共模电压和电流的傅立叶频谱估计在多个预定频率下的阻抗分布；
使用所述阻抗分布估计指示所述轴承绝缘或所述接地电刷中的至少一个中的劣化的一个或多个异常度量；和
随时间推移对所述一个或多个异常度量进行趋势分析。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制动作还包括改变所述电功率系统的操作设定点、关闭所述电功率系统、生成警报、安排修理或更换所述轴承绝缘或所述接地电刷中的至少一个中的至少一个。
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