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摘要：近几年，风力发电中对电机设备的应用逐渐普及。风力发电是一种比较先进的发电技术，具有很多优势，其中最主要是就是对自然资源进行有效利用，体现生态性和环保性的特点。但是，随着发电机的不断运行，其设备故障也逐渐凸显出来，给整个风力发电机组的正常运行带来不便。本文从风力发电机的状态监测和故障诊断的基本结构出发，对风力发电机的状态监测和故障诊断技术进行探究，并结合模拟仿真试验进行进一步分析。
关键词：风力发电机；状态监测；故障诊断技术；拟真试验
引言：
当前，因为不能及时的、全面的了解风力发电厂的设备以及各部件的运行状况，因此，主要通过事后维修和计划维修的方式对风力发电机组开展维修工作。风力发电机组的状态监测和故障诊断系统能够及时对风电机组的各部件进行监测，从而能够结合整个机组运行的整体，进行全面的故障分析，和问题处理，并且能够生成发电机部件运行报告和故障诊断报告，从而能合理的安排维修任务。这一系统的应用，大大降低了发电机的故障率，还在一定程度上节省了维修费用。因此，对于风力发电事业来说，应用状态监测和故障诊断系统能大大提高发电机的运行效率。[1]发电机由于长期在电磁较强的环境中运行，极易发生故障，一旦发生故障，就会影响整个风力发电事业的正常开展。对风力发电机进行有效的状态监测和故障诊断工作，能够有效节约维修成本，保证发电机的稳定运行。
一、风力发电机的状态监测和故障诊断的基本结构
风力发电机的状态监测和故障诊断主要以计算机控制系统为基础，是将信号收集、线上监测和信号分析等工作融为一体的实时监测和分析系统。这一系统首先对风电机的振动、压力和温度等数值进行监测，然后将这些数值与预定数值进行比较，以此来分析发电机的整体运行状况，并且结合计算机所采集的信息，进行进一步的数值分析，进而通过计算机的自动分析功能，进一步确定发电机设备的主要故障。风力发电机的状态监测和故障诊断系统的主要工作流程就是：收集信号、处理和分析信号、判断信号，最终生成诊断结果。对于信号的收集工作，主要结合周期监测设备完成，这些监测设备在完成信号收集之后，将信号实时的上传到计算机控制中心，在此对信号进行处理与分析。
二、风力发电机常见的运行故障及诊断技术
（一）机械故障信号源的监测和故障诊断
发电机故障问题具有连续性的特点，一旦发电机功率呈现下降的趋势，就证明发电机将要发生故障。在运行中的发电机，因为需要长时间运转，其轴承比较容易破损。在发电机运转时，会发出一些振动记号，这些记号主要呈间断性，这些现象表现出发电机的运行特征，可以根据这一特征观察机械的运转情况。[2]其中，故障源的呈现是必然的，但是，如果及时对其设计对策进行处理，能有效的控制其危害范围。当前，比较常用的故障预测法有三种，包括：运行期间根据规律判断机械故障、矢量下根据峰值测定轴承特征，以及判断信号源信号轨道。无论采用以上哪种方式，首先都要对发电机的机械性能进行检索。而对于机械检测工作，其主要涉及机械运动期间的各种动态，这些动态会因轨道而发生变动，也会使内部的电流和电压进行改变，进而使得功率发生变动，但这种现象发生的可能性比较小。对隐性问题进行监控时，要始终以平衡机械运转为目标。当前发电机隐患问题主要包括：轴承无规则变速、信号波不稳定，以及信号源变更等。对于这些问题，要结合实际情况进行检索，制定针对性的解决措施，运用相关专业技术进行处理。
（二）电气故障信号监测和诊断
风力发电机的电气故障主要通过对发电机的定子线圈温度和转子与定子的电流，以及发电机的输出功率等进行检测，来进行故障识别。当前，定子电流检测法、振动检测法和磁通检测法都是常见的电气故障诊断方法。发电机的转子和定子线圈绝缘部分的破损会直接造成转子和定子线圈短路，主要表现为层间短路和匝间短路等状况，所以，风力发电机的状态监测工作要集中对故障监测和诊断方面进行处理。在发电机运行中，要想快速的进行全面的状态监测，除了要考虑以上问题外，还要虽大气压强和大气温度等信息进行收集。对发电机的电流、电压和功率进行测量，来进一步进行故障分析，是发电机的电气参量技术的主要要求。
三、风力发电机的监测诊断技术分析
（一）齿轮箱
作为风力发电机的主要部件，齿轮箱连接着主轴和发电机，起到连接枢纽作用。由于齿轮箱内部结构相对复杂，因此其故障发生频率也比较高，轴承故障、润滑系统故障和齿轮故障都是齿轮箱经常出现的故障。
随着风力发电机组使用逐渐广泛，齿轮箱的故障发生也越来越频繁，为了使其更好地运转，防止停工现象的发生，人们对齿轮箱检测的工作也逐渐重视起来。当前比较经常使用的测量方法就是根据零部件温度来判断齿轮箱运转异常的方法。[3]温度是一个表现状态的量，其测量比较简单，也方便操作，实际应用起来比较容易，因此这种方法具有简单易行的特点，在整个风力机的控制系统中，这种方法已经逐渐被广泛应用。
（二）发电机
发电机是风力发电的核心部件，其主要任务就是将将机械能转化成电能，可见，发电机的平稳运行对整个发电机组的健康运行起到保障作用。但是，由于发电机长期在电磁环境中运行，其故障发生率也相对比较高，主要有：发电机过热、振动较大、定子线圈短路等问题。结合这些故障的特点，可以采用基于定子电流信号和电压信号和输出功率信号的稳定状态进行检测的手段。其中，对定子电流进行有效分析，能够及时对发电机故障进行诊断，进而提高故障识别效率。
（三）叶片
作为风力发电机吸收电能的主要原件，叶片也是发电机组的重要组成部分。一般的叶片长达40米，其主要材料是纤维增强符合材料，叶片的体积较大，所以，一经发生故障，就会影响整个发电机组的运行，对发电系统的安全带来威胁。由于工程需要，叶片要常年暴露在外，在一些恶劣天气的影响下，叶片的腐蚀和裂缝现象时有发生。结合当前叶片故障的诊断技术来看，其故障主要是由于叶片受力发生变化而产生的，因此，其检测工作也要围绕叶片受力变化进行分析，与为发生故障时的叶片进行对比，进行故障诊断。因为光纤光栅传感器可以在比较恶劣的环境中使用，因此，可以使用光纤光栅传感器来感应叶片应力的变化范围，根据检测结果分析叶片的运行情况。
（四）电气系统
电气系统的主要工作就是向电网输出信号，因此其是对电能进行输出控制的主要装置。电气形态中元件比较精密，任何一个元件发生故障，都会给整个系统带来威胁。当前，比较常见的电气系统故障主要有电流多大或过小、线路短路等故障。对于这些故障，可以采用性能参数检测法，主要是要利用计算机检测技术，将电气系统输出的电流和功率与之前预定的数值进行比较，以此来判断电气系统元件是否正常运行。
四、拟真筹算及故障模仿试验探究
（一）电机的数学模型拟真
故障仿真和实验模拟是双馈风力发电机的故障诊断技术分析主要途径。其中，比较常用的仿真建模方法是根据双馈风力发电机的特点，以“路”和“场”的角度建立物理和数学模型。首先，从“路”的角度来看，可以结合发电机方程和多回路理论建立发电机的数学模型，以模拟双馈风力发电机在正常和故障状态下的运行状况，以此来得出一些参数，分析发电机故障的原因，从而进行针对性的故障维修。
（二）电机的拟真试验端
在对风力发电机进行状态监测和故障诊断工作时，可以通过对风力发电机故障模拟平台的搭建来进对故障信号进行模拟，来对各故障诊断算法进行验证。可以设置一个风力发电机试验台，通过在转子或定子中串联一个与其电阻值一样的电阻来实现转子和定子的不平衡故障模拟实验。在这个平台中，还可以模拟发电机定子短路故障和传动系统机械故障等。另外，这一平台还可以与外部电阻箱相连，来岁转子三相不平衡故障进行模拟。
五、结语
综上所述，作为新型的发电技术，风力发电发电性能比较高，并且符合生态性和环保性的要求。在发电机运行过程中，其形态表现出多重状，主要形态还是运转。对于发电机的形态控制，主要可以采用监测的方法实施，也可以安装比较先进的监测系统，对发电机的运转进行实时监控。一般的发电机故障主要呈现两种状态，其一是平衡状态，这种问题比较容易维修；其二是失衡状态，对于这种状态，主要由2中或更多问题导致，不易维修。对于发电机的故障进行有效诊断和维修，能保证发电机的平稳运行，提高风力发电的效率。
参考文献：
[1]魏云冰，刘天，史觉玮，等.基于ANSOFT双馈异步风力发电机定子匝间短路故障性能分析[J].电测与仪表，2014，（13）：60-65．
[2]李俊卿，任彦珍，王栋.双馈感应电机的多回路数学模型及其电感参数的计算[J].大电机技术，2013，（06）：5-10．
[3]叶明星，焦斌.风力发电机组状态监测和故障诊断系统的设计与实现[J].上海电机学院学报，2014，（04）：220.