風電變流器的故障診斷設備和方法與流程
2023-05-23 15:14:57 3
本發明總體說來涉及風電變流器技術領域，更具體地講，涉及一種風電變流器的故障診斷設備和故障診斷方法。
背景技術：
風電變流器一般由分布式控制器或集中式控制器來控制。每當風電變流器發生故障停機，分布式控制器或集中式控制器會從風電變流器的多個組成部分獲得多個故障信號。
為了診斷故障並進行相應的處理，需要維護人員憑藉經驗診斷故障原因和/或故障類型。然而，故障信號會因風電變流器的不同以及故障信號源自的風電變流器的組成部分的不同而不同，並且不同的維護人員的經驗水平也不同，這給故障診斷和故障處理帶來了困難。
另外，所述多個故障信號之間不存在明顯的邏輯關係，而單獨考慮各個故障信號容易產生錯誤的判斷，這同樣給故障診斷和故障處理帶來了困難。
因此，需要一種不過分依賴於維護人員經驗並且可產生具有邏輯關係的多個故障信號並根據產生的故障信號進行故障診斷的設備和方法。
技術實現要素：
本發明的示例性實施例在於提供一種風電變流器的故障診斷設備和故障診斷方法，至少解決上述技術問題和上文未提及的其它技術問題，並且提供下述的有益效果。
根據本發明的示例性實施例，提供一種風電變流器的故障診斷設備，其中，所述故障診斷設備包括：
故障採集模塊，用於獲得風電變流器的故障信號；
時序故障產生模塊，用於為所述故障採集模塊獲得的故障信號添加時序；
專家庫模塊，用於根據添加有時序的故障信號進行故障診斷。
可選地，所述時序故障產生模塊根據所述故障採集模塊獲得故障信號的先後順序為所述故障採集模塊獲得的故障信號添加時序。
可選地，所述故障採集模塊從用於控制風電變流器的分布式控制器獲得風電變流器的故障信號。
可選地，所述故障採集模塊從風電變流器獲得檢測信號，判斷所述檢測信號是否異常，當所述檢測信號異常時，產生風電變流器的故障信號。
可選地，所述故障診斷設備還包括：
故障排序模塊，用於對添加有時序的故障信號進行排序，其中，
所述專家庫模塊根據排序後的添加有時序的一個或多個故障信號進行故障診斷。
可選地，所述故障診斷設備還包括：
專家庫生成模塊，用於生成專家庫，其中，所述專家庫包括以下兩者的對應關係：由至少一個帶時序的故障信號組成的帶時序故障信號組合，以及故障診斷信息，其中，
所述專家庫模塊包括故障信息檢索單元，用於從所述專家庫檢索與由添加有時序的故障信號組成的故障信號組合對應的故障診斷信息。
可選地，所述故障採集模塊以同步通信或異步通信的方式從所述分布式控制器獲得風電變流器的故障信號。
根據本發明的示例性實施例，提供一種風電變流器的故障診斷方法，其中，所述故障診斷方法包括：
獲得風電變流器的故障信號；
為獲得的故障信號添加時序；
根據添加有時序的故障信號進行故障診斷。
可選地，所述為獲得的故障信號添加時序的步驟包括：
根據獲得故障信號的先後順序為獲得的故障信號添加時序。
可選地，所述獲得風電變流器的故障信號的步驟包括：
從用於控制風電變流器的分布式控制器獲得風電變流器的故障信號。
可選地，所述獲得風電變流器的故障信號的步驟包括：
從風電變流器獲得檢測信號，判斷所述檢測信號是否異常，當所述檢測信號異常時，產生風電變流器的故障信號。
可選地，所述故障診斷方法還包括：
對添加有時序的故障信號進行排序，其中，
所述根據添加有時序的故障信號進行故障診斷的步驟包括：
根據排序後的添加有時序的一個或多個故障信號進行故障診斷。
可選地，所述故障診斷方法還包括：
生成專家庫，其中，所述專家庫包括以下兩者的對應關係：由至少一個帶時序的故障信號組成的帶時序故障信號組合，以及故障診斷信息，其中，
所述根據添加有時序的故障信號進行故障診斷的步驟包括：從所述專家庫檢索與由添加有時序的故障信號組成的故障信號組合對應的故障診斷信息。
可選地，以同步通信或異步通信的方式從所述分布式控制器獲得風電變流器的故障信號。
在根據本發明示例性實施例的風電變流器的故障診斷設備和故障診斷方法中：可為故障信號添加時序，並且根據添加有時序的故障信號自動進行故障診斷。添加了時序的多個故障信號之間存在邏輯關係，因此，基於存在邏輯關係的多個故障信號進行故障診斷，可綜合考慮各個故障信號，從而使故障診斷結果更準確。
同時，可通過檢索專家庫來獲得預先記錄的故障診斷信息，從而可減少或避免人員憑藉經驗進行診斷所帶來的難以診斷故障的弊端；不需要維護人員分析故障信號，從而節約了人力成本，還可減少或避免人工診斷可能產生的誤差。
另外，由於先產生的故障信號與故障源之間的關係密切，因此，根據添加的時序，可對先產生的故障信號先進行分析，在此基礎上，對後產生的故障信號後進行分析，從而逐漸逼近故障原因，與獨立地考慮無關聯的各個故障信號的故障診斷方案相比，能夠更準確地進行故障原因定位。採用本發明的故障診斷方案，往往通過先產生的一至兩個故障信號就能定位出故障原因，提高了效率，可更快速地分析出產品的弊端，從而可加快產品更新換代的進程。
將在接下來的描述中部分闡述本發明總體構思另外的方面和/或優點，還有一部分通過描述將是清楚的，或者可以經過本發明總體構思的實施而得知。
附圖說明
通過下面結合示例性地示出實施例的附圖進行的描述，本發明示例性實施例的上述和其他目的和特點將會變得更加清楚，其中：
圖1示出根據本發明的實施例的應用於分布式控制的風電變流器的故障診斷設備的示意圖；
圖2示出根據本發明的實施例的應用於集中式控制的風電變流器的故障診斷設備的示意圖；
圖3示出根據本發明的示例性實施例的風電變流器的故障診斷方法的流程圖；
圖4示出根據本發明的實施例的專家庫生成過程的示意圖；
圖5示出根據本發明的實施例的故障信息檢索過程的示意圖。
具體實施方式
現將詳細參照本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中，相同的標號始終指的是相同的部件。以下將通過參照附圖來說明所述實施例，以便解釋本發明。
圖1示出根據本發明的實施例的應用於分布式控制的風電變流器的故障診斷設備的示意圖。
如圖1所示，葉輪101、永磁發電機102、機側斷路器103、機側整流器104、制動單元105、網側逆變器106、機組自用電迴路107、網側斷路器108、以及電網依次連接。本實施例的風電變流器至少包括：機側整流器104、制動單元105、以及網側逆變器106。機側整流器104、制動單元105、以及網側逆變器106分別通過信號線與機側整流控制器121、制動單元控制器122、以及網側逆變器控制器123連接。機側整流控制器121、制動單元控制器122、以及網側逆變器控制器123為分布式控制器，用於實現對風電變流器的相應組成部分的控制和通信功能，並且通過通信總線與故障診斷設備110連接。
故障診斷設備110可包括：故障採集模塊111、時序故障產生模塊112、以及專家庫模塊114。優選地，故障診斷設備110還可包括故障排序模塊113。
故障採集模塊111用於獲得風電變流器的故障信號，優選地，從機側整流控制器121、制動單元控制器122、以及網側逆變器控制器123中的至少一個獲得風電變流器的故障信號。
分布式控制器可通過採樣測量等方式從風電變流器的組成部分(例如，機側整流器104、制動單元105、網側逆變器106)獲得檢測信號。然後，分布式控制器可判斷該檢測信號是否異常，當該檢測信號異常時，產生故障信號，並且將產生的故障信號在第一時間通過通信總線發送給故障診斷設備110。如圖1所示，可將故障1至故障n(n為大於1的自然數)以故障信號的形式發送給故障採集模塊111。
具體地講，分布式控制器通過信號線與受控器件(即，風電變流器的組成部分，例如，機側整流器104、制動單元105、網側逆變器106)連接，對受控器件進行採樣監測，獲得檢測信號。然後判斷檢測信號是否異常，當發現異常時，產生故障信號，並將故障信號上傳給故障診斷設備110的故障採集模塊111。例如，可對受控器件的直流電壓、交流電壓、交流電流、驅動信號、溼度值、溫度值等進行採樣檢測。判斷出信號異常的判斷標準包括：過壓、過流、驅動故障、溼度超標、溫度超標等。例如，當檢測信號為模擬量信號時，如果模擬量信號超出閾值，則判斷出檢測信號異常；當檢測信號為開關量信號時，如果開關量信號達到預設開關量，則判斷出檢測信號異常。
可選地，可採用時鐘同步控制器或類似的方式實現故障採集模塊111、時序故障產生模塊112和專家庫模塊114，還可採用時鐘同步控制器實現故障採集模塊111和時序故障產生模塊112並且由除了時鐘同步控制器以外的控制器來實現專家庫模塊114。時鐘同步控制器採用單獨的時鐘，在每個採樣周期可以獲取精確的時鐘，可在採樣周期內為故障信號(例如從分布式控制器獲得的故障信號)賦以時序。賦以時序的操作可由時序故障產生模塊112實現。所述時序可以是時鐘信號，優選為，精確到毫秒級的時鐘信號。該時序也可以是表示時間先後順序的字符串、符號等，優選地，字符串中包括序號，例如，數字1至n，n為自然數。這樣，在單次故障停機過程中，可使從分布式控制器獲得的故障信號都被賦以時序，便於根據時序進行時間先後的對比，並且實現對故障信號的按照時序的排列。
作為示例，時序故障產生模塊112根據故障採集模塊111獲得故障信號的先後順序為故障採集模塊111獲得的故障信號添加時序。也就實說，先獲得的故障信號被賦予時間在前的時序，後獲得的故障信號被賦予時間在後的時序。
作為對時鐘同步控制器的替代，故障採集模塊111以同步通信的方式從分布式控制器獲得風電變流器的故障信號。同步通信是一種比特同步通信技術，要求收發雙方具有同頻、同相的同步時鐘信號。例如，在傳送報文的最前面附加特定的同步字符，即可使收發雙方時鐘同步，然後，便可在同步時鐘信號的控制下逐位進行發送或接收。在本實施例中，各個分布式控制器之間以及分布式控制器與故障診斷設備110之間採用同步通信的方式通信，這樣，可保證在相同的時鐘下為故障信號賦以時序。
如上所述，時序故障產生模塊112為故障採集模塊111獲得的故障信號添加時序，以產生一組添加有時序的故障信號，也稱為帶時序故障信號組合，例如，表示網側逆變器過流的故障信號帶有時序1；表示網側熔斷器故障的故障信號帶有時序2；表示網側逆變器(器件)失效的故障信號帶有時序3，這三個故障信號組成帶時序故障信號組合。時序故障產生模塊112可將帶時序故障信號組合發送給專家庫模塊114以便進行故障診斷。
作為示例，時序故障產生模塊112可將帶時序故障信號組合發送給故障排序模塊113。故障排序模塊113對帶時序故障信號組合進行排序，並將排序後的帶時序故障信號組合發送給專家庫模塊114。如圖1所示，可將信號形式的時序1故障至時序n故障(n為大於1的自然數)發送給專家庫模塊114。
專家庫模塊113可根據時序故障產生模塊112發來的添加有時序的故障信號進行故障診斷或者根據故障排序模塊113發來的排序後的添加有時序的一個或多個故障信號進行故障診斷。
具體地講，收到時序故障產生模塊112發來的添加有時序的故障信號後，專家庫模塊113可根據時序判斷出先後順序，先針對順序在前的故障信號進行故障診斷，後針對順序在後的故障信號進行故障診斷。收到故障排序模塊113發來的排序後的添加有時序的故障信號後，專家庫模塊113可先針對排在前的故障信號進行故障診斷，後針對排在後的故障信號進行故障診斷。
在風電變流器的單次故障停機中，首先產生的故障信號具有較大的參考價值，一般作為觸發故障的根本故障。例如，對於功率模塊失效這一常見故障，一般由功率模塊上、下橋臂短路引起，首先產生的故障信號一般為過流。在一段時間後，相應的熔斷器會由於過流熔斷而產生熔斷器故障信號。接下來，直流電壓會由於短路而被拉低到電壓閾值以下，進而產生直流電壓故障信號。由於首先產生的是與上、下橋臂短路對應的過流的故障信號，這個故障信號可對故障的定位起到較大的參考作用，其次產生的是與熔斷器熔斷對應的熔斷器故障信號，這可作為功率模塊損壞的次要故障，可作為引起故障的次要原因。以此類推，先產生的故障信號對於故障診斷的參考價值相對來說要大，後產生的故障信號對於故障診斷的參考價值相對來說要小。
因此，專家庫模塊113可首先分析時序在前的故障信號，其次分析時序在後的故障信號，從而可更準確、更快速地獲得故障診斷結果，快速獲得故障原因，加快產品改進的進程。
圖2示出根據本發明的實施例的應用於集中式控制的風電變流器的故障診斷設備的示意圖。
如圖2所示，葉輪201、永磁發電機202、機側斷路器203、機側整流器204、制動單元205、網側逆變器206、機組自用電迴路207、網側斷路器208、以及電網依次連接。本實施例的風電變流器至少包括：機側整流器204、制動單元205、以及網側逆變器206。機側整流器204、制動單元205、以及網側逆變器206通過信號線與故障診斷設備210連接。
故障診斷設備210包括：故障採集模塊211、時序故障產生模塊212、以及專家庫模塊214。優選地，故障診斷設備210還可包括故障排序模塊213。
故障採集模塊211用於獲得風電變流器的故障信號，優選地，故障採集模塊211從風電變流器獲得檢測信號；判斷該檢測信號是否異常；當該檢測信號異常時，產生風電變流器的故障信號。
另外，時序故障產生模塊212、故障排序模塊213、以及專家庫模塊214的功能與圖1中的時序故障產生模塊112、故障排序模塊113、以及專家庫模塊114的功能類似，這裡不再贅述。
圖3示出根據本發明的示例性實施例的風電變流器的故障診斷方法的流程圖。
如圖3所示，本實施例的故障診斷方法包括：
步驟S310，獲得風電變流器的故障信號；
步驟S320，為獲得的故障信號添加時序；
步驟S330，根據添加有時序的故障信號進行故障診斷。
作為示例，步驟S310包括：從用於控制風電變流器的分布式控制器獲得風電變流器的故障信號。優選地，以同步通信的方式從分布式控制器獲得風電變流器的故障信號。分布式控制器包括以下項中的至少一項：機側整流控制器、制動單元控制器、以及網側逆變器控制器。
作為示例，步驟S310包括：從風電變流器獲得檢測信號；判斷所述檢測信號是否異常；當所述檢測信號異常時，產生風電變流器的故障信號。
作為示例，步驟S320包括：根據獲得故障信號的先後順序為獲得的故障信號添加時序。
作為示例，故障診斷方法還包括：步驟S325，對添加有時序的故障信號進行排序，相應地，步驟S330包括：根據排序後的添加有時序的一個或多個故障信號進行故障診斷。
圖4示出根據本發明的實施例的專家庫生成過程的示意圖。
在本實施例中，風電變流器的故障診斷設備還包括專家庫生成模塊410，用於獲得由至少一個帶時序的故障信號組成的一組故障信號與相應故障診斷信息的對應關係，以形成專家庫，也就是說，專家庫包括以下兩者的對應關係：由至少一個帶時序的故障信號組成的帶時序故障信號組合，以及故障診斷信息。相應地，根據本發明的實施例的故障診斷方法可包括生成所述專家庫的步驟。
如圖4所示，時序F11故障(即，帶有時序F11的故障信號)至時序F1n故障(n為大於1的自然數)組成故障信號組合1(即，帶時序的故障信號組合)，以此類推，時序Fm1故障(即，帶有時序Fm1的故障信號，m為大於1的自然數)至時序Fmn故障組成故障信號組合m。專家庫生成模塊410建立故障信號組合1與對應故障診斷信息的對應關係，以此類推，專家庫生成模塊410建立故障信號組合m與對應故障診斷信息的對應關係。專家庫420包括建立的所述對應關係。可將專家庫420存儲在存儲器中。
圖5示出根據本發明的實施例的故障信息檢索過程的示意圖。
在本實施例中，風電變流器的故障診斷設備還包括故障信息檢索單元510，用於檢索與由至少一個添加有時序的故障信號組成的故障信號組合對應的故障診斷信息；存儲器520，用於存儲專家庫，例如，圖4所示專家庫420。如圖5所示，時序Fm1故障至時序Fmn故障(即，添加有時序Fmn的故障信號，m和n均為大於1的自然數)被輸入到故障信息檢索單元510，故障信息檢索單元510從存儲器520(或專家庫)查找到與輸入的添加有時序的故障信號組合(時序Fm1故障至時序Fmn故障)對應的故障診斷信息m，並輸出故障診斷信息m。
相應地，根據本發明實施例的故障診斷方法中進行故障診斷的步驟可包括：從專家庫檢索與由添加有時序的故障信號組成的故障信號組合對應的故障診斷信息。
雖然已表示和描述了本發明的一些示例性實施例，但本領域技術人員應該理解，在不脫離由權利要求及其等同物限定其範圍的本發明的原理和精神的情況下，可以對這些實施例進行修改。