基于Hilbert变换的双馈风力发电机叶轮质量不平衡故障特性分析

叶轮质量不平衡是风力发电机组常见的故障之一,现有分析方法是基于轮毂处的平均风速开展,没有考虑风剪塔影效应引起的风速时空分布对故障特征的影响。该文提出并研究考虑风速时空分布的叶轮质量不平衡故障特征分析。首先,对故障特性进行理论分析,使用dq坐标变换推导得到考虑风剪切和塔影效应后叶轮质量不平衡故障下转子角速度及定、转子电流的解析表达,分析其变化特性。然后,在Matlab/Simulink搭建双馈风力发电机模型及等效风速模型,使用Hilbert解调方法提取电气信号特征频率,以验证解析推导的正确性。结果表明,考虑风速时空分布以及风剪切、塔影效应的影响后,叶轮质量不平衡故障将导致转子角速度中存在1倍及3i(i=1,2,…,n)倍转频,定、转子电流中存在1倍及3i倍转频的调制频率,其中,3i倍频是由风速时空分布造成的。