双馈异步发电机内部故障的振动(声学)机理分析与机电(声)融合诊断研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51577050
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0703.电机及其系统
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The doubly-fed induction generators (DFIG) normally operate in severe environment with high failure rate, which will cause a serious influences duo to the failures are difficult to be detected. Therefore, this problem will become more and more prominent with the increasing of the new units, especially with the increasing operations life of the active units. Based on the forthcoming concluding fund (51177039) considering the electrical characteristics of DFIG common faults, this project will further study the electrical characteristics of DFIG electrical faults (short circuit of stator and rotor windings, strand broken, etc.) and mechanical failures (dynamic eccentricity, static eccentricity, etc.) based on the theory of vibration (acoustic). By using the multi-loop method, analytical method and finite element method, these faults will be analyzed in detail, respectively. By setting different faults, the changes of electromagnetic field distribution, the electromagnetic force and the vibration between normal and fault conditions will be considered, then the vibration characteristics of DFIG failures are explored. Through developing different forms of fault simulation motors, some experimental research will be performed. Some necessary comparing results of the four methods are developed, then the reasons of the differences will be analyzed carefully. Furthermore, the main sources of vibration affecting the running wind turbines, including the natural vibration on normal state and the new vibration on the fault conditions, will be studied. Finally, combing with the results of the fund (51177039), the fusion diagnosis of the electrical and mechanical (sound) characteristics of DFIG internal faults will be studied thoroughly.
双馈异步发电机(DFIG)运行环境恶劣,故障率高,故障难以发现,影响大。随着新机组投运量进一步扩张,特别是现役机组运行年限增加,问题将更加突出。本课题在即将结题的基金(51177039)对DFIG故障电气特征研究基础上,进一步提出基于振动(声学)对DFIG的电气故障(各种短路、断股)、机械故障(静、动态偏心等)的故障机理进行研究。采用多回路法、解析法和有限元对上述故障进行并列分析;设置不同故障,研究DFIG正常状态与各种故障形态的电磁场分布、电磁力和振动变化,进而研究DFIG故障的振动特征;研制故障模拟电机,并进行故障模拟实验研究;将四种研究方法的研究结果进行对比,分析差异;对风电机组运行过程中影响电机的各振动源进行研究,包括正常状态的固有振动、故障状态的新增振动;进行DFIG故障特征识别;最后结合51177039的研究成果及其他信息,进行DFIG内部故障的机电(声)融合诊断研究。

结项摘要

通过对双馈异步发电机故障4年的理论与实验研究,本课题主要取得下列研究成果:.(1)定子绕组内部故障电气量方面,成果:.1)电流的变化,结论:定子绕组内部故障(绕组匝间短路)与定子绕组外部故障(电网电压不平衡等)均使定子侧线电流不对称,但其波形有本质的区别:定子绕组匝间短路时,定子侧线电流的幅值不变;电网电压不平衡时,定子侧线电流的幅值呈周期性变化。2)电磁转矩的变化,结论:匝间短路故障时电磁转矩的波形是一波动的曲线,且匝间短路故障越严重,其波动范围越大。对电磁转矩进行频谱分析发现,故障后其直流分量值变小。3)平均瞬时功率变化,结论:故障后其时域图是一条曲线,且定子匝间短路故障越严重,其时域谱的波动范围越大,其直流分量值越小,出现特殊频率成份(公式在此网页文本中不能显示) 。.(2)定子绕组匝间短路后的振动变化,结论:正常运行时振动信号的100Hz频率幅值很小,定子绕组匝间短路故障后100Hz频率幅值变化很大;定子绕组匝间短路故障后振动信号能量从500-1500Hz频段向0-500Hz频段转移,且随着故障程度的增加,能量转移的越多。.(3)电刷滑环系统的烧伤故障,结论:将励磁电流中高于100Hz的周期性高频分量作为故障特征量,并进一步将其能量熵值用于诊断电刷滑环系统的烧伤程度。 .(4)为诊断双馈风力发电机转子绕组的过热故障,提出了一种新的参数在线辨识诊断方法。通过数学模型辨识转子绕组电阻和温度值,为故障初期的监测预警和进一步的措施维护提供了数值参考。提出了基于转子变换器网侧励磁电流中特定频率的双馈风力发电机转子绕组的不平衡故障的诊断方法。.(5)基于振动的转子绕组的不平衡故障研究方面,提出基于振动信号轨线的故障诊断方法。结论:风机正常运行时,相平面的振动信号轨线等效为一个空心的畸变椭圆且沿主对角线y=x闭合;随着故障程度的加深,相平面振动信号轨线脱离主对角线且畸形椭圆不断地内缩,最终形成一个带毛刺的实心球团。这种定性的图像分析为风机转子绕组不平衡故障的检测与融合提供了新思路。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(2)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
定子匝间短路时双馈异步发电机电磁转矩的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    电机与控制应用
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张艳;马宏忠;付明星;黄春梅;顾苏雯
  • 通讯作者:
    顾苏雯
基于转子平均瞬时功率的双馈异步发电机定子绕组匝间短路故障诊断
  • DOI:
    10.1103/physrevd.100.115004
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    电力自动化设备
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马宏忠;张艳;魏海增;付明星;黄春梅
  • 通讯作者:
    黄春梅
基于EMD-SVD-KELM与参数优选的励磁涌流辨识
  • DOI:
    10.13296/j.1001-1609.hva.2016.09.015
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    高压电器
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    施恂山;马宏忠;夏东升;许洪华;陈冰冰;李勇
  • 通讯作者:
    李勇
双馈风力发电机轴承故障诊断研究现状与发展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    电机与控制应用
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马宏忠;李思源
  • 通讯作者:
    李思源
基于HHT的双馈异步发电机电刷滑环烧伤故障诊断
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    电力系统保护与控制
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李思源;马宏忠;陈涛涛
  • 通讯作者:
    陈涛涛

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其他文献

改进磁偶极子模型在永磁电机场分析中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    微电机
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张志艳;马宏忠;陈诚;梁伟铭
  • 通讯作者:
    梁伟铭
基于转子瞬时功率谱的双馈风力发电机定子绕组故障诊断
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    电力系统自动化
  • 影响因子:
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  • 作者:
    马宏忠;张正东;时维俊;陈继宁
  • 通讯作者:
    陈继宁
基于磁场变化的双馈异步风力发电机定子绕组匝间短路故障仿真分析
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    电网与清洁能源
  • 影响因子:
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  • 作者:
    张志新;马宏忠;钱雅云;程俊
  • 通讯作者:
    程俊
基于最小二乘支持矢量机的异步电
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    电工技术学报,2006,21(5):92-100(EI)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    方瑞明;马宏忠
  • 通讯作者:
    马宏忠
双馈风力发电机轴承的早期诊断
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    电力系统及其自动化学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    时维俊;马宏忠
  • 通讯作者:
    马宏忠

其他文献

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马宏忠的其他基金

双馈异步发电机电气故障及其诊断技术基础研究
  • 批准号:
    51177039
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
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  • 项目类别:
    面上项目
大型异步电动机早期电气故障研究
  • 批准号:
    50477010
  • 批准年份:
    2004
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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