本發(fā)明涉及永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)，尤其涉及一種永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)永磁體退磁在線監(jiān)測方法與裝置。

背景技術(shù)：

1、永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有效率高、噪音低、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。其采用永磁體作為磁極，無需外部電源供電即可產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，從而簡化了發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，提高了發(fā)電效率。永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中，永磁體可能會受到高溫、振動、電磁場等多種因素的影響，導(dǎo)致永磁體發(fā)生退磁現(xiàn)象。永磁體退磁會降低發(fā)電機(jī)的輸出電磁轉(zhuǎn)矩，使定子電樞電流增大，增加電機(jī)銅耗并使永磁體溫度進(jìn)一步升高，從而加劇永磁體退磁進(jìn)程。開發(fā)一種能夠?qū)崟r監(jiān)測永磁體退磁狀況的技術(shù)顯得尤為重要。這種技術(shù)需要能夠準(zhǔn)確、實(shí)時地反映永磁體的磁性能變化，以便及時發(fā)現(xiàn)并處理潛在的退磁故障，確保發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)永磁體退磁在線監(jiān)測所使用的技術(shù)主要涉及基于磁鏈觀測和電壓互感器的方法。然而該方法的準(zhǔn)確性依賴于發(fā)電機(jī)基本參數(shù)、磁路飽和特性和材料屬性參數(shù)的準(zhǔn)確性。當(dāng)參數(shù)不準(zhǔn)確時就會導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確，甚至誤導(dǎo)對發(fā)電機(jī)性能的判斷。因此，提出了一種永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)永磁體退磁在線監(jiān)測方法與裝置顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決，基于磁鏈觀測和電壓互感器的方法的準(zhǔn)確性依賴于發(fā)電機(jī)基本參數(shù)、磁路飽和特性和材料屬性參數(shù)的準(zhǔn)確性，當(dāng)參數(shù)不準(zhǔn)確時就會導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確，甚至誤導(dǎo)對發(fā)電機(jī)性能的判斷的缺點(diǎn)，提供了一種永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)永磁體退磁在線監(jiān)測方法與裝置。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

3、一種永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)永磁體退磁在線監(jiān)測方法，包括以下步驟：

4、s1：將電壓互感器、溫度傳感器、濕度傳感器、通訊模塊以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)安裝在發(fā)電機(jī)繞組小并頭上，確保連接正確無誤；

5、s2：實(shí)時采集電壓互感器的輸出信號、環(huán)境溫度和濕度數(shù)據(jù)，并進(jìn)行預(yù)處理；

6、s3：根據(jù)溫度傳感器和濕度傳感器的監(jiān)測結(jié)果，建立環(huán)境補(bǔ)償模型對電壓互感器的輸出進(jìn)行補(bǔ)償；

7、s4：根據(jù)發(fā)電機(jī)的物理特性和電氣原理，建立發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，利用遺傳算法進(jìn)行在線參數(shù)辨識，實(shí)時辨識和修正發(fā)電機(jī)的參數(shù)；

8、s5：利用磁鏈觀測模型和感應(yīng)電壓計(jì)算算法，計(jì)算各列永磁體的感應(yīng)電壓幅值；

9、s6：結(jié)合退磁判斷邏輯判斷永磁體是否存在退磁現(xiàn)象，根據(jù)發(fā)電機(jī)的實(shí)際情況和歷史數(shù)據(jù)設(shè)定閾值，并將監(jiān)測結(jié)果實(shí)時顯示在上位機(jī)或遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)上，當(dāng)監(jiān)測到永磁體存在退磁現(xiàn)象時，發(fā)出故障預(yù)警或報(bào)警信號。

10、上述方案進(jìn)一步包括：

11、進(jìn)一步，在s3中，建立環(huán)境補(bǔ)償模型對電壓互感器的輸出進(jìn)行補(bǔ)償?shù)木唧w步驟：

12、數(shù)據(jù)采集：收集溫度傳感器和濕度傳感器監(jiān)測的發(fā)電機(jī)周圍的環(huán)境溫度和濕度，同時，記錄電壓互感器的輸出信號；

13、建立環(huán)境補(bǔ)償模型：環(huán)境因素包括溫度t以及濕度h，分析環(huán)境因素與電壓互感器輸出信號v之間的關(guān)系，建立環(huán)境補(bǔ)償模型，環(huán)境補(bǔ)償模型公式為vcomp＝vraw+f(t,h)，其中，vraw是電壓互感器的原始輸出信號，vcomp是經(jīng)過環(huán)境補(bǔ)償后的信號，f(t,h)是補(bǔ)償函數(shù)，表示環(huán)境因素對信號的影響；

14、確定補(bǔ)償函數(shù)：確定補(bǔ)償函數(shù)f(t,h)的具體形式，f(t,h)＝at+bh+c，其中，a，b，c是待定的系數(shù)，通過采集多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，所述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)包括溫度t、濕度h、電壓互感器原始輸出信號vraw和真實(shí)信號vtrue，使用最小二乘法求解系數(shù)a，b，c，得到補(bǔ)償函數(shù)f(t,h)；

15、實(shí)施補(bǔ)償：在實(shí)時監(jiān)測過程中，根據(jù)當(dāng)前的環(huán)境溫度和濕度，計(jì)算補(bǔ)償函數(shù)f(t,h)的值，將補(bǔ)償值加到電壓互感器的原始輸出信號上，得到經(jīng)過環(huán)境補(bǔ)償后的信號。

16、進(jìn)一步，在s4中，根據(jù)發(fā)電機(jī)的物理特性和電氣原理，建立發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，利用遺傳算法進(jìn)行在線參數(shù)辨識，實(shí)時辨識和修正發(fā)電機(jī)的參數(shù)，包括以下步驟：

17、數(shù)據(jù)收集：實(shí)時采集發(fā)電機(jī)的電壓、電流等電氣參數(shù)，同時，記錄發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境條件；

18、建立數(shù)學(xué)模型：根據(jù)發(fā)電機(jī)的物理特性和電氣原理，建立發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型；

19、選擇辨識算法：選擇遺傳算法；

20、參數(shù)初始估計(jì)：根據(jù)發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)或歷史數(shù)據(jù)，對模型中的參數(shù)進(jìn)行初始估計(jì)，初始估計(jì)的準(zhǔn)確性將影響后續(xù)辨識的收斂速度和精度；

21、在線辨識：將實(shí)時采集的數(shù)據(jù)輸入到遺傳算法中，進(jìn)行在線參數(shù)辨識，辨識過程中，遺傳算法根據(jù)數(shù)據(jù)的變化不斷調(diào)整模型中的參數(shù)值；

22、參數(shù)修正與更新：根據(jù)辨識結(jié)果，對數(shù)學(xué)模型中的參數(shù)進(jìn)行修正和更新，修正后的參數(shù)將用于后續(xù)的監(jiān)測和診斷過程。

23、進(jìn)一步，建立數(shù)學(xué)模型的具體步驟：

24、確定關(guān)鍵參數(shù)：根據(jù)發(fā)電機(jī)的物理特性和電氣原理，確定數(shù)學(xué)模型中包含的關(guān)鍵參數(shù)，所述關(guān)鍵參數(shù)包括：電阻：定子電阻、轉(zhuǎn)子電阻等，反映了電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生的損耗；電感：定子電感、轉(zhuǎn)子電感及互感等，描述磁場在導(dǎo)體中的存儲和變化情況；永磁體的磁鏈：表示永磁體產(chǎn)生的磁場在導(dǎo)體中產(chǎn)生的磁通量；其他參數(shù)：如極對數(shù)、轉(zhuǎn)子位置角速度等，用于描述發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)；

25、建立數(shù)學(xué)模型：基于上述關(guān)鍵參數(shù)，建立發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，其定子電阻為rs，轉(zhuǎn)子電阻為rr，定子電感為ls，轉(zhuǎn)子電感為lr，互感為m，永磁體磁鏈為λf，則電壓方程表示為其中，us和ur分別為定子和轉(zhuǎn)子的電壓矢量，is和ir分別為定子和轉(zhuǎn)子的電流矢量，λss、λsr、λrr和λrs分別為定子自感磁鏈、定子與轉(zhuǎn)子互感磁鏈、轉(zhuǎn)子自感磁鏈和轉(zhuǎn)子與定子互感磁鏈。

26、進(jìn)一步，利用遺傳算法在線參數(shù)辨識的具體步驟：

27、編碼：將待辨識的參數(shù)編碼為遺傳算法中的個體(即染色體)，每個個體由一系列基因組成，每個基因?qū)?yīng)一個待辨識的參數(shù)；

28、初始化種群：隨機(jī)生成一定數(shù)量的個體作為初始種群，這些個體的基因值(即參數(shù)值)在一定的范圍內(nèi)隨機(jī)選擇；

29、適應(yīng)度評估：將每個個體(即一組參數(shù)值)代入數(shù)學(xué)模型中，計(jì)算數(shù)學(xué)模型輸出與實(shí)際數(shù)據(jù)之間的差異，這個差異作為個體的適應(yīng)度值，適應(yīng)度值越小，表示個體越優(yōu)秀；

30、選擇：根據(jù)適應(yīng)度值選擇一定數(shù)量的優(yōu)秀個體作為父代，用于生成下一代個體；

31、交叉：對父代個體進(jìn)行交叉操作，生成新的子代個體；

32、變異：對子代個體進(jìn)行變異操作，以引入新的基因組合；

33、迭代：重復(fù)適應(yīng)度評估、選擇、交叉以及變異，直到達(dá)到預(yù)定的迭代次數(shù)或適應(yīng)度值收斂到一定的范圍內(nèi)。

34、輸出最優(yōu)參數(shù)：從最終種群中選擇適應(yīng)度值最小的個體作為最優(yōu)參數(shù)組合。

35、進(jìn)一步，在s5中，利用磁鏈觀測模型和感應(yīng)電壓計(jì)算算法，計(jì)算各列永磁體的感應(yīng)電壓幅值，包括以下步驟：

36、磁鏈觀測模型建立：磁鏈觀測模型綜合考慮永磁體磁鏈和電感磁鏈兩部分；永磁體磁鏈：這是由永磁體本身產(chǎn)生的磁鏈，通常是一個常數(shù)，但在退磁過程中會發(fā)生變化；電感磁鏈：這是由定子電流通過電感產(chǎn)生的磁鏈，與定子電流成正比；磁鏈觀測模型表示為φ＝φpm+l·i，其中，φ表示總磁鏈，φpm表示永磁體磁鏈，l表示電感，i表示定子電流；

37、感應(yīng)電壓計(jì)算：根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動勢與磁鏈的變化率成正比，因此，通過計(jì)算磁鏈的變化率來得到感應(yīng)電壓，感應(yīng)電壓的計(jì)算公式為e＝-dφ/dt，將磁鏈觀測模型代入感應(yīng)電壓的計(jì)算公式，得到：e＝-d(φpm+l·i)dt＝-dtdφpm-ld?i?dt。

38、進(jìn)一步，在s6中，結(jié)合退磁判斷邏輯判斷永磁體是否存在退磁現(xiàn)象，根據(jù)發(fā)電機(jī)的實(shí)際情況和歷史數(shù)據(jù)設(shè)定閾值，具體步驟：

39、收集數(shù)據(jù)：收集發(fā)電機(jī)的基本參數(shù)、永磁體特性、運(yùn)行工況及環(huán)境條件；

40、統(tǒng)計(jì)分析：對歷史數(shù)據(jù)中的感應(yīng)電壓進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定其分布情況和變化趨勢；

41、設(shè)定初始閾值：根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，結(jié)合發(fā)電機(jī)的實(shí)際情況和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，初步設(shè)定一個感應(yīng)電壓的閾值，所述初步設(shè)定的感應(yīng)電壓的閾值反映出永磁體退磁的初步跡象；

42、實(shí)時監(jiān)測：實(shí)時監(jiān)測發(fā)電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，特別是感應(yīng)電壓的變化；

43、支持向量機(jī)訓(xùn)練：收集足夠多的數(shù)據(jù)后，利用支持向量機(jī)訓(xùn)練一個模型，用于預(yù)測永磁體的退磁情況，所述初步設(shè)定一個感應(yīng)電壓的閾值的輸入為感應(yīng)電壓、定子電流以及溫度，輸出是退磁概率或退磁等級；

44、閾值調(diào)整：根據(jù)支持向量機(jī)的預(yù)測結(jié)果，對初始閾值進(jìn)行調(diào)整，如果模型的預(yù)測準(zhǔn)確率較高，可以將閾值調(diào)整得更為嚴(yán)格，以提高退磁判斷的準(zhǔn)確性；

45、驗(yàn)證模型：在調(diào)整閾值后，對支持向量機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證和測試，以確保其預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性；

46、測試閾值：將調(diào)整后的閾值應(yīng)用于實(shí)際運(yùn)行中，觀察其是否準(zhǔn)確判斷永磁體的退磁情況；

47、反饋與調(diào)整：根據(jù)驗(yàn)證和測試的結(jié)果，對閾值進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

48、一種永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)永磁體退磁在線監(jiān)測方法所使用的永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)永磁體退磁在線監(jiān)測裝置，包括：

49、電壓互感器：用于監(jiān)測發(fā)電機(jī)繞組小并頭的電壓信號，確保電壓互感器的測量范圍、精度和響應(yīng)時間滿足監(jiān)測需求。

50、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)時采集電壓互感器的輸出信號，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)具備高速、高精度和低噪聲的特點(diǎn)；

51、通訊模塊：設(shè)計(jì)通訊模塊，用于將采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸?shù)缴衔粰C(jī)或遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯?shí)時性；

52、傳感器集成：在電壓互感器上集成溫度傳感器和濕度傳感器，用于實(shí)時監(jiān)測環(huán)境溫度和濕度，為環(huán)境補(bǔ)償模型提供數(shù)據(jù)支持。

53、本發(fā)明具備以下有益效果：

54、本發(fā)明中，引入?yún)?shù)在線辨識技術(shù)。通過實(shí)時監(jiān)測發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中的關(guān)鍵參數(shù)，利用遺傳算法進(jìn)行在線參數(shù)辨識，以提高監(jiān)測的準(zhǔn)確性。采用環(huán)境補(bǔ)償技術(shù)。在電壓互感器上安裝溫度傳感器和濕度傳感器，實(shí)時監(jiān)測環(huán)境溫度和濕度，并根據(jù)溫度傳感器和濕度傳感器的監(jiān)測結(jié)果，建立環(huán)境補(bǔ)償模型對電壓互感器的輸出進(jìn)行補(bǔ)償，以減少環(huán)境因素對測量精度的影響。