Bi-Level Interturn Short-Circuit Fault Monitoring for Wind Turbine Generators With Benchmark Dataset Development

水准点(测量) 涡轮机 断层(地质) 短路 风力发电 计算机科学 工程类 电气工程 机械工程 地质学 地震学 大地测量学 电压
作者
Jingyi Yan,Soroush Senemmar,Jie Zhang
出处
期刊:Journal of Mechanical Design [American Society of Mechanical Engineers]
卷期号:147 (4) 被引量:3
标识
DOI:10.1115/1.4067056
摘要

Abstract Flourished wind energy market pushes the latest wind turbines (WTs) to further and harsher inland and offshore environment. Increased operation and maintenance cost calls for more reliable and cost effective condition monitoring systems. In this article, a bi-level condition monitoring framework for interturn short-circuit faults (ITSCFs) in WT generators is proposed. A benchmark dataset, consisting of 75 ITSCF scenarios and generator current signals of a specific WT, has been created and made publicly available on Zenodo. The data are simulated at a rate of 4 kHz. Based on the time and frequency features extracted from data processing, machine learning-based severity estimation and faulty phase identification modules can provide valuable diagnostic information for wind farm operators. Specifically, the performance of long short-term memory (LSTM) networks, gated recurrent unit (GRU) networks, and convolutional neural networks (CNNs) are analyzed and compared for severity estimation and faulty phase identification. For test-bed experimental reference, various numbers of scenarios for training the models are analyzed. Numerical experiments demonstrate the computational efficiency and robust denoising capability of the CNN algorithm. The GRU network, however, achieves the highest accuracy. The overall system performance improves significantly, from 87.76% with 16 training scenarios to 99.95% with 52 training scenarios, when tested on a set containing all 76 scenarios from an unforeseen period.
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