双馈感应风力发电系统状态监测方法综述
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表 １ 我 国 风 力 发 电机 部 分 故 障 统计 表
Ｉ ． Ｐａｒ ｈｅ ｆ ｕｌ ｔ ｔｓ ｉｓｏｆＣｈｉ ｎｄ ｔ ｒｂｉ ＇ １ ａｂ ｔｏｆｔ ａ ｔｓ ａ ｉｔｃ ｎａ ｓ ｗｉ ｕ ｎｅ
现故 障 ，不 仅 会 因为 长 时 间 停机 而 造 成 发 电量 损
和 控 制系 统 等组 成 。齿 轮箱 位 于 机舱 内 ， 风力 发 是 电系统 中的 主要 增速 和 动力 传 动 部件 ， 风 轮 的动 将 能 传递 给 发 电机 ， 使其 得 到相应 的转 速 。双馈 感 应 风 力 发 电机 由绕 线 转 子 感 应 发 电机 和 在 转 子 电路
Ｎ ｔ ｎ ｌ Ｎ ｔ ｒｌＳ ｉ ｃ ｏ ｎ ￣ｉｎ ０ ｈｎ ５ｌ７ ０ ９）ｔ ｅ ａｉ ａ ａ ａ ｃｅ ｅ Ｆ ｕ ｄ ｏ ｆＣ ｉａ（ １ ７ ３ ； ０ ｕ ｎ ｈ
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ＸＩ ＡＯ －ｌ，ＦＡＮＧ ｉ Ｙａ ｉ Ｒｕ —ｍｉ ， ｅ —ｐ ｎ ｎｇ ＬＩＷ ｎ ｅ ｇ
（ ｏ ｅｅｏ ｆ ｍａ０ ｃｅｃ ｎ ｎ ｉｅｒ Ｈ ａｉｏ ｎｖｒ ｔ Ｘ ａ ｅ ６ ０ １Ｖ ｊ ｎ Ｃ ｉａ Ｃ １ｇ ｆｎｏ ｔ ｎＳｉｎｅａ ｄＥ ｇ ｅｉ １ Ｉ ｒ ｉ ｎ ｎ ｕｑａ ｉ ｓｙ ｉｍ ｎ３ １２ ， ｕＪ ， ｈｎ ） Ｕ ｅ ｉ， ａ
轮箱 ， 电机 ， 发 变频器 ， 叶片等 ， 详细论述 了国内外
的状 态监测 方法 。 最后 ， 目前 双馈感应 风力发 电系 从 统 的研 究 现状 以及 面临 的 问题 出发 ， 出了该 领 域 指 主要 发展 趋势 ， 以促 进该 研究 领域 的进 一步 发展 。
机组 中容易发生故 障的主要部 件 ， 出 了其监 测重点 ， 指 并对
双 馈 感 应 风 力 发 电机 是 目前 风 力 发 电的 主 力 机 型 。本 文 主要 针 对该 型 机组 的状态 监 测方 法 进 行论述 。文 中介绍 了双馈感应风力 发 电机组的组成结 构及 常见故 障 ， 对容 易 出现 故 障的重要 部件 ， 针 如齿
摘要： 在介绍双馈感应风力发 电机组结 构的基础上 ， 分析 了
失 ， 且还 需 要 极 大 的人 力 、 力 和财 力 来 重 新 吊 而 物
装整个 机 组 来更换 部 件 。 因此 ， 必须 在 风力 发 电机 组运 行过 程 中实 时监 控 各关 键 部件 的运 行 状态 ， 根 据监 测数 据 和状 态类 型 ， 时诊 断各 部 件存 在 的 隐 及 患 ， 测将 来 可能 会 出 现 的故 障 ， 预 以便 及 时 采取 有 效 措施 ， 止 造成 严 重 损 失 ， 高 风 力 发 电机 组 运 防 提 行 的可靠 性 ， 长其 使用 寿命 。 延
Ｆ ｇ １ Ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ｏ ｏ １ ｙ ｆ ｄ ｉ ｄ ｃ ｉｎ 、ｉ ｄ ｔ ｒ ｉ ｅ ｉ． ｔ ｕ ｔ ｒ ｆｄ ｕ ） － ｅ ｎ ｕ ｔｏ １ｎ ｕ ｂ ｎ ｌ
Ｆｉ 。 Ｆａｉ ｅ ｕ ｂｅ ｓｒ ｂ ｉ “ｌ ｖ ｄｉｈ ｗ ｉ ｇ２ ｌ ｓｎＨｔ ｕｒ ｒ ｄｉｔ ｉ ｕｔｏｎ ｒ Ｓ￣ｅ ｓ ｎｄ ｐｏｗｅ ａ ｓ（ ｔｔｌ ｒ ｐｌｎｔ ２ ｝ 卜一２｝｝ ｝ ｆ ４｝ ｔ
带有集 电环 、 电刷 ， 增加 了故障率 ； 由于长期暴露在
空气 中， 雷击 ， 雨 等恶 劣 自然 现 象会 对 叶 片造 成 风 严 重 的破 坏 。这 些故 障 都会 使 风力 发 电机 组停 机 ， 因此 ， 国内外 的研 究机 构都 对此进 行 了统计 分析 。 表１ 显示 的是风 力 发 电机组 在 运行 和试 制 过程 中 出现 的典型 问题及 原 因Ｉ ７ ｌ 。
目前 国内外状态监测方法 的研究现状进行 了总结 ， 最后探讨 了双馈感应风力发电系统状态监测 的发展趋势和研究方向。 关键词 ： 双馈感应风力发 电系统 ； 状态监测 ； 故障诊断
１ 双馈 感应 风 力 发 电机 组 结构 及 故 障
风 能 发 电 已成 为 当今 世 界 新 能 源 开 发 的重 要 手段 。我 国风能 资源 极其 丰 富 ， 发展 潜 力 巨大＿ １ ｌ 。近 年来 风 电机 组 装 机容 量 不 断扩 大 ，００ 风 电场 新 ２ １年
状态 监测 技 术可 以在机 组 不停 机 的情 况下 ， 对
１ 双馈 感应风 力发 电机 组故 障分 析 ２
从 上 述 的 国内外 统计 数 据可 看 出 ， 电气 系统 、
双 馈 感 应 风 力 发 电机 组 使 用 齿 轮 箱 增 速 驱 动
传感器 、叶片／ 节距组件的故障大约 占整个故障的 ４％。 ５ 叶片， 发电机 ， 系统 ， 电气 控制 系统 ， 传感器 ， 偏 航系统 ， 齿轮及液压 系统都是故障的高发区。这些
麓
Ｃｌ ａ ｅ ｇ ｅ ｎ Ｅｎ ｒ ｙ
一
第２ 卷 第 ３ ８ 期
２ １年３ ０ ２ 月
电 网与清洁能源
Ｐ ｗ ｒＳ ｓ ｍ ｎ ｌ ａ ｎ ｒｙ ｏ ｅ ｙｔ ａ ｄ Ｃ ｅ ｎＥ ｅｇ ｅ
ｖｏ ．８ Ｎｏ＿ １２ ３ Ｍ ａ ．２ ２ ｒ ０１
文 章 编 号 ：６ ４ ３ １ （０ ２ ０ — ０ ７ ０ １ ７— ８４ ２ １ ）３ ０６ — ７
ＡＢＳ ＴＲＡＣＴ： ａ ｅ ｏ ｔ ｅ ｅ ｃ ｐ ｉｎ ｆ ｈ ｄ ｕ ｌ — ｅ Ｂ ｓ ｄ ｎ ｈ ｄ ｓ ｒ ｔ ｏ ｔ ｅ ｏ ｂ ｙ ｆ ｄ ｉ ｏ ｉ ｄ ｃ ｉｎ ｗｉｄ ｔ ｒ ｉ ｅ ， ｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ａ ａｙ ｅ ｔ ｅ ｍａｎ ｎ ｕｔ ｏ ｎ ｕｂｎ ｓ ｈ ｓ ａ ｅ ｎ ｌｚ ｓ ｈ ｉ
部件 占整 个机组 总成 本 的 比例非 常 大 。由于风力 发 电场 多修建 于偏远 地 区或 近海 区域 ，交 通不便 ， 并
且 风力发 电机 组处 于高空 。一旦 机组 的某 些部件 出
发电机 ， 随着风力发电机组容量的升高 ， 齿轮箱的造
价也 越来 越高 ， 且容 易 出现故 障 ； 电机 转子 绕组 并 发
ｖ１８ 。 。２ ． Ｎ． ３
是 电缆 和人 员进 出 的通 道 。基础 为钢 筋 混 凝 土 结 构 ， 载整 个 风 力 发 电机 组 的重 量 ， 础 周 围设 置 承 基 有 预 防雷击 的接地 系统 。
图２ 瑞 典 风 力发 电厂 部 件故 障 分布 图 （ ０ ０ －０ ４ ） ２ ０ －２ ０ 年 图 １ 双 馈 感应 风 力发 电机 组 结构 图
劣 以及 风力 发 电机 技 术 够 成 熟 等 因素 ， 电机 组 发
双馈感 应 风 力发 电机组 结 构 如 图 ｌ 示 。从 整 所
体上看 ， 风力发电机组可分为风轮 、 机舱 、 塔架和基
础 ４ 部 ５ 个 １ 。风轮 由叶片 、 轮毂 和变 桨距 系统 组成 ，
是 捕 获 风 能 的 关 键设 备 ，叶 片将 风 能 转 化 为 机 械
上 带 交 流励 磁 变频 器 组 成 ，是 发 电系 统 的核 心 部 件， 是将 机 械 能转 变 为 电能 的设 备 。塔 架 是机 组 的 支 撑 部 件 ， 风 轮 到 达设 计 中 规定 的高 度 ， 内部 使 其
—■
《 ｌ 秘｛ 秘 、 ｅｉ 镒Ｖ
６８
肖 雅丽， 双馈 等： 感应风力发电 状态监测方法综 系统 述
中图 分 类 号 ：Ｍ３ ５ Ｔ １
文 献标 志码 ： Ａ
双馈 感应 风 力发 电系统 状态监测方法综述
肖雅 丽 ， 方瑞 明， 李文彭
（ 华侨 大 学 信 息科 学与 工程 学 院 ， 建 厦 门 ３ １２ ） 福 ６ ０ １ Ｏｖｅ ｖ ｅ ｏ ｈ ｎｄ ｔｏ ｏ ｉｏ ｉ ｅｈｏ ｏ ｕ ｙ ｒ ｉｗ ｆｔ ｅ Ｃｏ ｉｉ ｎ Ｍ ｎ ｔ ｒｎｇ Ｍ ｔ ｄ ｆ ｒ Ｄｏ ｂｌ －Ｆｅ ｎｄ ｔｏ ｄ Ｉ ｕｃ ｉ ｎ Ｗ ｉ ｗｅ ｅ ｒ ｔｏ ｓｅ ｓ ｎｄ Ｐｏ ｒ Ｇ ｎｅ ａ ｉ ｎ Ｓｙ ｔ ｍ
快 捷 的依据 。
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降低故障率 ， 节省维护保养 的费用 ， 提高风 电场 的 经 济效 益 ＿ ３ ｌ 。因此 ， 风 电机组进 行 状态 检修 是风 力 对
发 电 的一个 重要 课题 。要 对风力 发 电机组 进 行状 态
基金项 目： 国家 自 科学 基金项 目（ ｌ７ ０ ９ ； 然 ５ １７ ３ ） 中央高校 基本 科研业务费（Ｂ Ｚ ５、Ｂ ｊ １ｏ ） ｊ — Ｒ１２ Ｊ — ｃ ０ ８ 。 １
ｃｏ ｐ ｎｅ ｔ ｆｔ ｅ ｆｉｕｒ —ｐ ｏ ｎ ｗｉ ｕｒ ｎｅ ｎｄ ｐｏｎｔ ｕ ｍ ｏ ｎ ｓｏ ｈ ａｌ ｅ ｒ ｎｅｉ ｎｄ ｔ ｂｉ ｓ ａ ｉ ｓ ｏ ｔ
检 修 ， 先必 须 对其 进 行状 态 监测 。通过 采 集 风 电 首 机 组 的各 种运 行 数据 并 处 理分 析 ， 全 面地 了解 机 能 组 运 行 状 况 ， 断 故 障 水平 ， 管理 维 护 提 供 真 实 判 为
故障率一直处于较高水平 ，且设备保养维修 困难 ， 导致 机组 的运 行维 护成 本很 高 。提 早判 断设 备 的故
障并 采 取 有 效 措 施 ， 免 故 障进 一 步 扩 大 ， 有 效 避 可
能， 再通过 轮毂将获得 的机械能输入 到主传动 系统［ ６ １ 。
机舱 内由机组 的发 电系统 、 主传 动系统 、 偏航系统
分 析
１１ 双馈 感应风 力 发 电机 组 结构 ．
增风 电机组１ ０ 台，１００ ２ ４ ￣２ １年底 ， ９ 总装机组数量达 ￣ ３ ８ 台 ， 机 容 量 ４ ３ ．９ＭＷ ， 同 比增 长 １４４ ５ 装 ４７ ３ ２ 年
７ ＿ 。 由于风 力发 电运行 状 况 复杂 ， 行 环 境恶 ３３ ％嘲 运
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现故 障 ，不 仅 会 因为 长 时 间 停机 而 造 成 发 电量 损
和 控 制系 统 等组 成 。齿 轮箱 位 于 机舱 内 ， 风力 发 是 电系统 中的 主要 增速 和 动力 传 动 部件 ， 风 轮 的动 将 能 传递 给 发 电机 ， 使其 得 到相应 的转 速 。双馈 感 应 风 力 发 电机 由绕 线 转 子 感 应 发 电机 和 在 转 子 电路
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轮箱 ， 电机 ， 发 变频器 ， 叶片等 ， 详细论述 了国内外
的状 态监测 方法 。 最后 ， 目前 双馈感应 风力发 电系 从 统 的研 究 现状 以及 面临 的 问题 出发 ， 出了该 领 域 指 主要 发展 趋势 ， 以促 进该 研究 领域 的进 一步 发展 。
机组 中容易发生故 障的主要部 件 ， 出 了其监 测重点 ， 指 并对
双 馈 感 应 风 力 发 电机 是 目前 风 力 发 电的 主 力 机 型 。本 文 主要 针 对该 型 机组 的状态 监 测方 法 进 行论述 。文 中介绍 了双馈感应风力 发 电机组的组成结 构及 常见故 障 ， 对容 易 出现 故 障的重要 部件 ， 针 如齿
摘要： 在介绍双馈感应风力发 电机组结 构的基础上 ， 分析 了
失 ， 且还 需 要 极 大 的人 力 、 力 和财 力 来 重 新 吊 而 物
装整个 机 组 来更换 部 件 。 因此 ， 必须 在 风力 发 电机 组运 行过 程 中实 时监 控 各关 键 部件 的运 行 状态 ， 根 据监 测数 据 和状 态类 型 ， 时诊 断各 部 件存 在 的 隐 及 患 ， 测将 来 可能 会 出 现 的故 障 ， 预 以便 及 时 采取 有 效 措施 ， 止 造成 严 重 损 失 ， 高 风 力 发 电机 组 运 防 提 行 的可靠 性 ， 长其 使用 寿命 。 延
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空气 中， 雷击 ， 雨 等恶 劣 自然 现 象会 对 叶 片造 成 风 严 重 的破 坏 。这 些故 障 都会 使 风力 发 电机 组停 机 ， 因此 ， 国内外 的研 究机 构都 对此进 行 了统计 分析 。 表１ 显示 的是风 力 发 电机组 在 运行 和试 制 过程 中 出现 的典型 问题及 原 因Ｉ ７ ｌ 。
目前 国内外状态监测方法 的研究现状进行 了总结 ， 最后探讨 了双馈感应风力发电系统状态监测 的发展趋势和研究方向。 关键词 ： 双馈感应风力发 电系统 ； 状态监测 ； 故障诊断
１ 双馈 感应 风 力 发 电机 组 结构 及 故 障
风 能 发 电 已成 为 当今 世 界 新 能 源 开 发 的重 要 手段 。我 国风能 资源 极其 丰 富 ， 发展 潜 力 巨大＿ １ ｌ 。近 年来 风 电机 组 装 机容 量 不 断扩 大 ，００ 风 电场 新 ２ １年
状态 监测 技 术可 以在机 组 不停 机 的情 况下 ， 对
１ 双馈 感应风 力发 电机 组故 障分 析 ２
从 上 述 的 国内外 统计 数 据可 看 出 ， 电气 系统 、
双 馈 感 应 风 力 发 电机 组 使 用 齿 轮 箱 增 速 驱 动
传感器 、叶片／ 节距组件的故障大约 占整个故障的 ４％。 ５ 叶片， 发电机 ， 系统 ， 电气 控制 系统 ， 传感器 ， 偏 航系统 ， 齿轮及液压 系统都是故障的高发区。这些
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第２ 卷 第 ３ ８ 期
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且 风力发 电机 组处 于高空 。一旦 机组 的某 些部件 出
发电机 ， 随着风力发电机组容量的升高 ， 齿轮箱的造
价也 越来 越高 ， 且容 易 出现故 障 ； 电机 转子 绕组 并 发
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是 电缆 和人 员进 出 的通 道 。基础 为钢 筋 混 凝 土 结 构 ， 载整 个 风 力 发 电机 组 的重 量 ， 础 周 围设 置 承 基 有 预 防雷击 的接地 系统 。
图２ 瑞 典 风 力发 电厂 部 件故 障 分布 图 （ ０ ０ －０ ４ ） ２ ０ －２ ０ 年 图 １ 双 馈 感应 风 力发 电机 组 结构 图
劣 以及 风力 发 电机 技 术 够 成 熟 等 因素 ， 电机 组 发
双馈感 应 风 力发 电机组 结 构 如 图 ｌ 示 。从 整 所
体上看 ， 风力发电机组可分为风轮 、 机舱 、 塔架和基
础 ４ 部 ５ 个 １ 。风轮 由叶片 、 轮毂 和变 桨距 系统 组成 ，
是 捕 获 风 能 的 关 键设 备 ，叶 片将 风 能 转 化 为 机 械
上 带 交 流励 磁 变频 器 组 成 ，是 发 电系 统 的核 心 部 件， 是将 机 械 能转 变 为 电能 的设 备 。塔 架 是机 组 的 支 撑 部 件 ， 风 轮 到 达设 计 中 规定 的高 度 ， 内部 使 其
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肖 雅丽， 双馈 等： 感应风力发电 状态监测方法综 系统 述
中图 分 类 号 ：Ｍ３ ５ Ｔ １
文 献标 志码 ： Ａ
双馈 感应 风 力发 电系统 状态监测方法综述
肖雅 丽 ， 方瑞 明， 李文彭
（ 华侨 大 学 信 息科 学与 工程 学 院 ， 建 厦 门 ３ １２ ） 福 ６ ０ １ Ｏｖｅ ｖ ｅ ｏ ｈ ｎｄ ｔｏ ｏ ｉｏ ｉ ｅｈｏ ｏ ｕ ｙ ｒ ｉｗ ｆｔ ｅ Ｃｏ ｉｉ ｎ Ｍ ｎ ｔ ｒｎｇ Ｍ ｔ ｄ ｆ ｒ Ｄｏ ｂｌ －Ｆｅ ｎｄ ｔｏ ｄ Ｉ ｕｃ ｉ ｎ Ｗ ｉ ｗｅ ｅ ｒ ｔｏ ｓｅ ｓ ｎｄ Ｐｏ ｒ Ｇ ｎｅ ａ ｉ ｎ Ｓｙ ｔ ｍ
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基金项 目： 国家 自 科学 基金项 目（ ｌ７ ０ ９ ； 然 ５ １７ ３ ） 中央高校 基本 科研业务费（Ｂ Ｚ ５、Ｂ ｊ １ｏ ） ｊ — Ｒ１２ Ｊ — ｃ ０ ８ 。 １
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检 修 ， 先必 须 对其 进 行状 态 监测 。通过 采 集 风 电 首 机 组 的各 种运 行 数据 并 处 理分 析 ， 全 面地 了解 机 能 组 运 行 状 况 ， 断 故 障 水平 ， 管理 维 护 提 供 真 实 判 为
故障率一直处于较高水平 ，且设备保养维修 困难 ， 导致 机组 的运 行维 护成 本很 高 。提 早判 断设 备 的故
障并 采 取 有 效 措 施 ， 免 故 障进 一 步 扩 大 ， 有 效 避 可
能， 再通过 轮毂将获得 的机械能输入 到主传动 系统［ ６ １ 。
机舱 内由机组 的发 电系统 、 主传 动系统 、 偏航系统
分 析
１１ 双馈 感应风 力 发 电机 组 结构 ．
增风 电机组１ ０ 台，１００ ２ ４ ￣２ １年底 ， ９ 总装机组数量达 ￣ ３ ８ 台 ， 机 容 量 ４ ３ ．９ＭＷ ， 同 比增 长 １４４ ５ 装 ４７ ３ ２ 年
７ ＿ 。 由于风 力发 电运行 状 况 复杂 ， 行 环 境恶 ３３ ％嘲 运