基于多回路理论的双馈异步发电机定子绕组匝间短路故障分析

鉴于定子负序电流不能准确检测电源不对称情况下双馈异步发电机定子绕组匝间短路故障,分析了负序视在阻抗法在电源不对称情况下检测双馈异步发电机发生定子绕组匝间短路故障的可行性。基于多回路理论,建立了电源对称及不对称情况时双馈异步发电机定子绕组正常及匝间短路情况下的数学模型。对仿真结果进行分析,得出定子负序电流可准确检测电源对称情况下双馈机定子绕组发生匝间短路情况,但当电源不对称时易导致误判;相比定子负序电流,定子负序视在阻抗可应用于检测电源不对称情况下定子绕组发生匝间短路故障的情况。     

基于多回路模型的双馈异步发电机匝间短路故障检测方法研究

基于多回路理论,导出了绕线型双馈异步风力发电机在正常和匝间短路情况下的多回路数学模型.应用该模型对绕线型双馈异步电机定子绕组匝间短路故障瞬变过程进行仿真分析,从而指出定子负序电流可用于检测定子绕组匝间短路故障,但是由于负载的影响容易产生误判.以此为基础,提出了负载系数以及负载的影响,应用于设定适当的负序电流检测阈值,取...     

不平衡电压下双馈异步发电机定子绕组匝间短路故障的稳态仿真分析

电压对称情况下双馈风机发生定子绕组匝间短路故障时,可由电机定子三相电流产生的负序电流检测匝间短路故障,但当电压不平衡时,同样也会产生负序电流。基于此,建立了电压不平衡情况下双馈异步发电机定子绕组发生匝间短路时多回路仿真模型,通过仅设置电压不平衡、匝间短路、电压不平衡情况下发生匝间短路的三种情况,得到仿真结果中定、转子三相电流波形及转子电流谐波分析图,对比分析三种情况下波形图及频谱图。仿真结果得出:电压不平衡和匝间短路两种情况下会产生某些相同的特征频率;当电压不平衡且发生匝间短路时,可通过监测这些相同频率之外的其他匝间短路特征频率判别匝间短路故障,但这些频率含量特别小,极易由电机本身不对称等因素造成误判,因此,可通过观察定子三相电流的波形变化定性判别电压不平衡情况下发生的匝间短路故障。     

不平衡电压下基于负序电流法的双馈感应发电机定子绕组匝间短路故障仿真研究

定子负序电流是电压平衡情况下双馈感应发电机定子绕组匝间短路故障特征量之一,但实际中三相电压不可能完全对称,由不对称电压产生的负序电流会影响负序电流的大小。鉴于此,如不考虑电压不平衡的影响单纯从负序电流大小判别故障容易误判。当定子发生绕组匝间短路故障时,总的负序电流由不对称电压产生的负序电流分量及定子绕组匝间短路引起的负序电流分量构成。运用多回路理论建立数学仿真模型仿真电压平衡及电压不平衡情况下发生定子绕组匝间短路几种情况,得到电压和电流的基波分量,运用负序阻抗法排除由电压不平衡产生负序电流的影响,得到仅由故障引起的负序电流。仿真结果表明,故障引起的负序电流小于总的负序电流。     

双馈异步风力发电机定子匝间短路故障诊断

提出利用零序电压对双馈异步风力发电机定子匝间短路故障进行诊断的方法。在对定子绕组匝间短路故障零序电压分量产生机理进行分析的基础上,提出以零序电压作为故障特征量进行故障诊断。建立双馈异步风力发电机仿真模型,通过改变模型中短路匝数和短路电阻实现了匝间短路故障模拟。对发电机在转速恒定条件下的不同状态发生定子绕组匝间短路故障进行了仿真研究。结果表明:定子发生匝间短路故障后,会在定子中产生零序电压,并随着故障严重程度的增加而增大;零序电压会受到电源不对称和负载情况的影响,且随着负载的增大有微弱减小,利用零序电压进行故障诊断时,需要补偿这些非电机故障因素的影响。     

海上双馈感应发电机定子绕组匝间短路容错技术可行性分析

受海洋恶劣环境影响,海上双馈感应发电机(DFIG)定子绕组匝间短路故障频发,伴随海上可及性差引起的故障维修困难、停运损失巨大,使得容错技术需求日趋迫切。文中根据DFIG定子绕组匝间短路故障特点,构建精确通用的定子绕组匝间短路模型。针对故障后定子电流负序分量幅值增大而严重影响DFIG正常运行的问题,分离各序分量并提取定子负序电流,通过在转子侧输入相应的谐波电压来抵消定子侧负序电流,构建负序电流控制器以抑制故障后定子相电流的负序分量。仿真与实验结果验证了该方法可以有效降低DFIG定子绕组匝间短路故障后的定子负序电流幅值与输出功率脉动。     

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

由于双馈异步发电机转子参数的可测性,提出一种基于转子平均瞬时功率的定子绕组匝间短路故障诊断方法。首先推导出计及高次谐波的双馈异步发电机正常及发生定子绕组匝间短路故障时的转子平均瞬时功率的表达式,然后建立了双馈异步发电机的多回路数学模型,并对其正常和不同程度匝间短路故障时的转子平均瞬时功率进行仿真计算。对仿真结果进行频谱分析,得到定子绕组匝间短路故障前后转子平均瞬时功率谐波分量的变化规律,并验证了理论分析的正确性。分析结果表明转子平均瞬时功率谱直观简洁,其2倍频分量不受转差率影响,高次谐波分量对定子绕组匝间短路故障有较强的灵敏性。     

双馈式感应发电机定子匝间短路故障稳态分析

定子绕组匝间短路故障是双馈式感应发电机常见故障之一。文中分析了发生匝间短路故障时的电磁特性变化规律,建立了双馈式感应发电机的定子绕组正常和发生匝间短路故障时的多回路数学模型,对正常情况和不同程度匝间短路故障情况进行了仿真计算。对仿真结果进行了深入研究,分别对定子侧电流和转子侧电流进行频谱分析,总结了正常情况和不同程度匝间短路故障情况下的谐波变化规律,证明了通过特定频率信号监测双馈式感应发电机运行状况和进行故障诊断的可行性。     

定子匝间短路时双馈异步发电机电磁转矩的研究

定子绕组匝间短路故障会引起双馈异步发电机气隙磁场的畸变,从而导致电磁转矩的变化,因此电磁转矩可作为故障特征之一。基于能量法分析定子绕组匝间短路故障前后电磁转矩的变化特征,建立了双馈异步发电机的多回路数学模型,并对其正常和不同程度匝间短路时的电磁转矩进行仿真计算。对仿真结果进行频谱分析,得到了定子绕组匝间短路故障前后电磁转矩谐波分量的变化规律,验证了理论分析的正确性。定子绕组匝间短路故障和电磁转矩的关联特征可以作为诊断定子绕组匝间短路故障的依据。     

基于有限元分析的双馈异步发电机定子绕组匝间短路故障诊断研究

笔者基于有限元分析软件Maxwell 2D建立了双馈异步发电机的仿真模型,通过改变模型中短路匝数和短路电阻的大小来模拟电机的不同短路情况,对不同情况下的电机进行仿真计算得出:定子发生匝间短路故障后,会在定子中产生负序电流,并随着故障严重程度的增加而增大,同时负序电流会受到电源不对称的影响,在用负序电流进行故障诊断时,需要补偿这些非电机故障因素的影响,同时负序电流也会受到电机负载情况的影响,且随着负载的增大负序电流有微弱增大。另外,定子发生匝间短路故障后,定子三相电流不再对称,故障相电流恒最大,而非故障两相的相位差偏离120°最大,且随着故障的加剧而明显增大。     

双馈风力发电机转子匝间短路故障分析

双馈式风力发电机转子绕组发生轻微匝间短路后,该极磁动势将发生变化,气隙磁密分布不再对称,不对称的磁密分布将在定子绕组内感应附加谐波电动势,形成附加的谐波电流.因此,可以通过分析定子绕组的并联支路环流来检测转子绕组匝间短路故障.采用多回路理论,针对一台4极电机进行建模,仿真计算了不同匝数短路故障时的定子一相并联支路的环流,所得结果与理论分析相符,从而验证了所建立模型的正确性.     

基于正序阻抗角的海上DFIG定子绕组匝间短路故障辨识

为了保证海上双馈风力发电系统的安全可靠运行,提高海上DFIG定子绕组匝间短路故障辨识的精准度,文中提出一种以定子侧正序阻抗角为故障特征量的定子绕组匝间短路故障辨识方法。由于故障后各序分量不再对称,首先基于DFIG定子匝间短路故障状态下的序分量模型,推导得出DFIG定子侧正序阻抗角的表达式;然后分析电网电压不平衡、负载和转差率变化等非理想工况对该故障特征的影响规律,提出合理的故障辨识阈值。仿真与实验结果表明,该故障特征对电网电压不平衡具有鲁棒性,且通过合理设置故障阈值可实现对海上DFIG定子绕组匝间短路故障的精确辨识。     

基于机电信号融合的DFIG定子绕组匝间短路故障诊断

定子绕组匝间短路故障是双馈异步发电机(DFIG)常见的故障形式,发生概率高达30%,直接威胁到发电机的安全运行。发电机在复杂多变的环境下运行时,单一故障特征往往难以精准地反映故障,从而易产生误判、漏判的情况。文中提出一种基于电气、机械信号融合的定子绕组匝间短路故障诊断新方法——负序电流差与定子径向振动信号的二倍频分量联合诊断。首先利用支持向量机分别计算单一故障特征下的匝间短路故障概率;然后将其作为D-S证据理论的基本概率分配,依托证据组合规则,得出定子绕组匝间短路的最终诊断结果。实验结果表明:与基于单一信号的故障诊断方法相比,该方法能够更有效地诊断定子绕组匝间短路故障并可靠识别短路匝数,提高故障诊断的精确度,可推广应用至海上风电等对故障识别精度要求更高的领域。     

异步电动机定子绕组匝间短路故障检测新方法

定子绕组匝间短路是异步电动机常见故障之一,因此研究其检测方法具有重要意义。针对异步电动机定子绕组匝间短路与转子断条故障瞬态进行仿真并分析仿真结果,指出异步电动机转子故障对定子绕组匝间短路故障检测存在不利影响,甚至导致故障误判。提出计及转子故障时的异步电动机定子绕组匝间短路故障检测新方法,该方法关键在于预先采用频谱校正与自适应滤波技术滤除定子电流中由转子故障所导致的特征频率分量。大量仿真与实验结果表明,该方法可以避免将转子故障误判为定子绕组匝间短路故障,使定子绕组匝间短路故障识别可靠性大幅提高。     

线间补偿型匝间短路故障自动容错永磁同步电机故障位置检测方法

定子绕组匝间短路故障是永磁同步电机(PMSM)最常见的故障之一。该故障会造成三相电流不平衡,输出转矩剧烈波动,输出能力下降。故障严重时,过大的短路电流会烧毁绕组。为了解决匝间短路故障产生的问题,课题组此前提出了一种具有匝间短路故障自动容错能力的PMSM。针对该特种电机,提出了一种匝间短路故障位置的检测方法。介绍了电机的特殊结构,并通过数学模型推导出利用电机漏磁路特性和原有定子线圈判别故障线圈所在相的方法。使用ANSYS软件建立电机有限元模型,对电机不同匝间短路情况进行仿真,验证了该检测方法的正确性。     

笼型异步电动机转子断条与定子绕组匝间短路双重故障研究

基于多回路理论,针对笼型异步电动机转子断条与定子绕组匝间短路双重故障进行研究.结果表明,笼型异步电动机在发生转子断条与定子绕组匝间短路时,其故障特征往往是相互交织、相互影响的,仅仅应用单一故障检测方法检测笼型异步电动机定转子故障,可能导致故障误判.通过对仿真与实验结果的详尽分析,系统地概括出笼型异步电动机转子断条与定子绕组匝间短路双重故障特征,明确揭示了二者间的相互关系,为实现转子断条与定子绕组匝间短路双重故障的联合检测提供了重要理论依据.     

异步电动机定子绕组匝间短路故障检测方法研究

基于多回路数学模型，对异步电动机定子绕组匝间短路故障瞬变过程做了数字仿真，并完成了相关实验。通过分析仿真与实验结果，对各种故障特征量的灵敏度与可靠性进行探讨，指出定子负序视在阻抗是最可靠兼具良好灵敏度的定子绕组匝间短路故障特征量。以此为基础，提出了一种异步电动机定子绕组匝间短路故障检测新方法，该方法以定子负序视在阻抗滤波值作为匝间短路故障特征量，并应用神经网络技术根据电机当前运行参数确定适当的故障检测阈值。实验结果表明，该方法是正确可行的。     

多极隐极发电机励磁绕组匝间短路时的定子分支环流谐波特性

为研究多极隐极发电机励磁绕组匝间短路故障机理,揭示多极隐极发电机励磁绕组匝间短路特性,详细推导了多极隐极发电机空载运行时励磁绕组正常与故障状态下,励磁磁动势、定子空载电动势及故障后定子绕组并联支路间环流的表达式。对比分析了故障前、后定子相绕组感应电动势以及定子分支环流,揭示了转子极对数p与故障后定子感应电动势及定子分支环流谐波次数之间的关系;并对励磁绕组短路位置相同、短路程度不同以及短路程度相同、短路位置不同时的谐波环流特性进行了分析,进而得到了定子分支环流与励磁绕组短路位置及短路程度间的关系。以一台核电半速隐极发电机为例,对励磁绕组同位置、不同程度以及同程度、不同位置的短路过程进行了仿真,仿真结果与解析结果一致,验证了理论推导的正确性,为多极隐极发电机励磁绕组匝间短路故障在线定位提供了理论基础。