直驱式永磁同步海流机叶轮不平衡的故障检测

针对波浪、湍流等影响下直驱式永磁同步海流机叶轮不平衡的故障检测,提出一种基于定子电流频率的故障特征分析方法。首先,该方法针对故障特征频率易被基波或噪声淹没的问题,采用总体最小二乘-旋转矢量不变技术(TLS-ESPRIT)估计电流瞬时频率。其次,采用广义似然比检测(GLRT)方法设计不平衡故障检测器,通过分析检测器中变量,获取合适的监测量。最后,提出一种基于伸缩变换的数据标准化方法提取故障特征,解决同一故障在不同流速下故障特征多样的问题。理论分析、海流机仿真与海流样机实验结果验证了所提方法的有效性。该方法基于定子电流,易于实现,对于保证海流机安全高效运行以及减少维护费用等方面具有重要的实际意义。     

无轴承开关磁阻电机悬浮绕组短路故障下的容错运行控制方法

为了提高无轴承开关磁阻电机(BSRM)的可靠性,研究了BSRM悬浮绕组短路故障下的容错运行控制方法。首先,基于正常运行的电机数学模型,推导得到短路电流模型和电机容错数学模型,通过有限元仿真验证数学模型的正确性;其次,基于容错模型提出悬浮力及转矩补偿策略,通过有限元仿真及Matlab/Simulink动态建模仿真对所提控制策略进行分析和验证;最后,通过样机悬浮绕组短路实验验证了所提方法的有效性。     

直驱永磁同步风电机组叶轮不平衡和绕组不对称的故障诊断

为了提高风电机组的安全性和可靠性,对风电机组进行故障诊断非常关键。提出一种直驱永磁同步风电机组叶轮不平衡和绕组不对称的故障诊断方法,该方法不需要额外的传感器和数据采集设备。分析了叶轮不平衡和绕组不对称这2种故障对发电机定子电流的影响,利用派克变换对发电机的三相定子电流进行处理,然后利用快速傅里叶变换对定子电流派克变换矢量的模平方信号进行频谱分析,通过观察模平方信号中特征频率幅值的变化情况诊断故障,搭建了直驱永磁同步风电机组的仿真模型和实验平台。仿真和初步的实验结果验证了该方法应用于风电机组故障诊断的可行性。     

一种融合分形与BP网络PCA的海流机故障检测方法

针对直驱式永磁同步海流发电机在非稳定工况下故障检测问题,提出了一种融合分形与BP网络PCA的故障检测方法。该方法通过计算历史监测数据的分形维数,实现历史数据与待测数据的轨迹同步和工作模式统一。通过BP网络PCA建立预测模型,去除流速变化对监测数据的影响,判断数据变化趋势。利用统计方法获取残差函数,进行故障检测。为了验证所提方法的有效性和可靠性,搭建了海流样机实验平台,用于模拟多工况运行环境,并测试多种传统方法。实验结果表明:在海流机变转速同时变载荷工况下,该方法对比其它方法能够快速准确的检测到故障,适用于解决非稳定工况的故障检测问题。     

基于定子电流特征分析的双馈风电机组叶轮不平衡故障诊断

针对双馈风电机组叶轮不平衡故障诊断,提出一种基于导数分析的定子单相电流故障特征分析方法。首先,基于双馈感应发电机以及风力机传动链模型,详细推导了叶轮不平衡故障下双馈感应发电机定子电流的表达式,并获得其对应的故障特征频率。其次,为了凸显定子电流故障特征频率,基于导数分析思路,引入叶轮不平衡下定子电流故障特征定义及其表达式,提出基于定子单相电流的叶轮不平衡故障诊断方法。最后,建立考虑叶轮不平衡故障的双馈风电机组仿真模型,对机组在不同风速和不平衡度下的故障特征进行仿真分析。结果表明与直接对定子电流、叶轮转速进行频谱分析相比,所述方法能够有效地提取出叶轮不平衡故障特征,且通过监测特征频率幅值的变化情况,可以有效地判断出不平衡故障严重程度。     

考虑元件可靠性参数修正的配电网可靠性研究

元件可靠性参数是进行配电网可靠性分析的基础,对于某特定地区的某一类元件,天气和运行年限是影响其可靠性的主要因素。文章提出多态天气模型的概念,给出了该模型下元件可靠性参数的修正计算方法。在此基础上结合元件发生故障的浴盆曲线模型,给出基于天气因素和运行年限的元件可靠性参数修正模型,推导了基于元件参数修正的配电网可靠性指标的计算公式。仿真计算结果验证了天气因素和元件运行年限对配电网可靠性指标有较大影响。     

模块化多电平柔性直流输电系统网侧故障控制策略及验证

介绍了基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流输电系统在网侧出现不平衡运行状态下的故障控制策略,对比了各种控制方式的优劣。在分析和推导MMC数学模型的基础上,提出了一种基于故障负序电压叠加的故障控制方法。利用离线仿真工具对该方法进行了仿真研究,并在实际工程中对该方法进行了实验验证,给出了仿真和工程试验结果。采用不同控制策略时的仿真结果比较以及仿真与工程实验结果对比表明,采用所提出的故障控制策略对提高柔性直流输电系统在发生网侧故障时的持续运行能力有所帮助。     

笼型异步风电系统在电网不平衡时的控制策略

分析了电网电压不平衡时系统机侧与网侧变流器的运行工况及控制方式,提出一种在两相静止坐标系下采用准比例谐振(PR)控制器来控制交流电流以达到控制有功功率恒定的网侧变流器控制策略。该控制策略以控制直流母线稳定为控制目标,在两相静止坐标系下采用准PR控制器避免了反复的坐标变换而导致的延时问题。在电网电压发生不对称故障时能保持直流母线电压的稳定无波动,从而不干扰机侧的稳定控制,使整个系统的安全性和稳定性得到提升。搭建了小值不平衡的仿真模型和一套笼型异步风电系统在大值不平衡电网电压下的实验验证系统。仿真和实验结果验证了所提策略的可行性和有效性。     

同步电动机定子绕组短路故障分析

主要研究同步电动机定子绕组短路故障。基于同步电动机的理论,建立该电动机的数学模型。在此基础上,建立了同步电动机的仿真模型。基于该电动机的仿真模型,分析和讨论了同步电动机额定负载下正常运行、单相接地、两相短路和三相短路故障,并与解析法计算结果作比较。通过结果比较和分析,验证该电机仿真模型的正确性和合理性,同时也验证了分析方法的有效性和可行性。     

基于修正开关模式的三相整流器故障容错控制

通过分析三相桥式脉宽调制(PWM)整流器的开关管开路故障时空间电压矢量的变化情况,提出一种基于修正开关模式的开关管开路故障容错控制算法,对比分析修正前后电压矢量的变化,给出具体的实现方法。该方法对于单管和多管同时开路故障均能实现容错控制,能较好地改善故障下三相电流平衡度,减小直流侧电压纹波,提升系统性能和可靠性,实现算法简单,无需增加硬件电路。仿真与实验验证了该方法的有效性。     

不平衡电网电压下双馈发电机多目标模型预测控制

电网电压不平衡时,双馈感应发电机定、转子电流也会出现较大不平衡,使发电机有功功率、无功功率和电磁转矩发生振荡,危害机组运行。鉴于模型预测控制在大功率变流器中的优越性和多目标约束能力,基于有限集模型预测控制策略对电网电压不对称故障下的双馈发电机多目标控制进行研究。在两相静止坐标系上对双馈发电机建模,并建立其预测方程,以抑制不平衡故障下双馈发电机输出有功功率脉动、无功功率脉动和转矩脉动为目标,提出一种双馈发电机多目标控制策略,增强双馈发电机不平衡故障下稳定运行的能力,同时避免复杂的坐标变换和转子电流指令值计算。在理论分析的基础上,建立11kW的双馈发电机实验平台,通过仿真和实验结果验证该控制策略的有效性。     

电网故障下PWM整流器在风机中的应用

PWM整流技术被广泛应用在各种领域,而在实际整流器设计过程中,很少考虑不平衡运行条件的影响,这里分析了故障条件下整流器的特性,通过一系列的坐标变换得到正负序d,q坐标下的电流指令,来修正电网正常条件下的控制策略。仿真和实验结果表明,该控制方法能改善整流器在故障条件下的输入电流,抑制谐波功率,提高了直流母线电压动态响应及实现单位功率因数,从而实现整流器的不间断运行能力。     

变流器开路故障下永磁直驱风电系统运行分析

变流器是永磁直驱风电系统中故障率最高的器件,文中针对变流器故障后系统运行特性的变化,在变流器数学模型的基础上,深入分析变流器中一个开关管发生开路故障后的工作情况。研究表明:一个开关管发生开路故障后系统可持续运行,但会影响该变流器的正常工作,引起对应侧电流波形畸变。在MATLAB/Simulink环境下建立永磁直驱风电系统模型,并搭建永磁直驱风力发电实验平台,分别在3种不同的开路故障下进行仿真和实验,围绕机侧和网侧电流、直流母线电压、有功输出比例、总谐波畸变率,评估故障对系统运行特性的影响。根据仿真和实验结果得出变流器开路故障特征:一个变流器的开路故障对另一侧的正常运行影响较小,但故障器件对应侧的相电流出现波形畸变。     

基于S函数的变速恒频双馈风力发电系统建模研究

该文在交流励磁双馈电机两相同步旋转坐标系的数学模型基础上,利用定子磁场定向控制策略,用Matlab/Simulink仿真软件编写了双馈电机在空载运行和发电运行两个阶段的S函数模型程序,再将这两个阶段的模型整合在一起构建了变速恒频双馈风力发电系统空载并网切入及发电运行的仿真模型,最后在给定风况下进行了仿真,并得到了良好的仿真结果,验证了系统的可靠性。     

一种具有自修复功能的多电平变换器拓朴

从提高复杂多电平变换器的可靠性出发，提出了一种具有类似生物系统自修复功能的多电平变换器拓扑。电路拓扑工作原理的分析结果表明，该拓扑在正常工作情况下所有开关管均承受单位电平的电压应力，并且以较少的飞跨电容实现每个电压电平的自动平衡。该拓扑不需要任何复杂的中点电位平衡电路或控制措施。文中详细分析了电路中开关管故障对多电平变换器系统运行和器件电压应力的影响。分析结果表明，当某些开关管出现短路或断路故障时，通过简单的软件重构改变驱动信号，利用冗余开关状态组合，电路仍能得到所有电平的正常输出和直流侧电容的电压自平衡，真正实现了原有功能的自修复。整个多电平变换器系统的可靠性由此提高。文中以五电平变换器为例进行了分析研究，并通过仿真实验进行验证。     

大型汽轮发电机定子绕组接地故障零序电压的数字仿真

本文依据大型汽轮发电机定子绕组的结构(如极数;线圈组及相绕组联接方式等等),建立了新的接地故障时零序电压的数字仿真模型。某些难以处理的因素会使机端对中性点三次谐波电压之比值在不同正常运行工况下发生变化,对此本文则建议用实测值来修正仿真结果,并给出一种简便的修正方法,该仿真可被用来分析各种定子接地故障保护方案的特性。     

LCC与FH-MMC混合直流输电系统直流单极接地故障穿越控制策略

混合直流输电系统整流侧采用电网换相换流器(line commutated converter,LCC),逆变侧采用混合型模块化多电平换流器(full half bridge modular multilevel converter,FH-MMC)。直流单极接地故障是直流输电系统主要故障类型,在发生直流侧单极接地故障时,混合直流输电需切换运行模式,LCC侧由双极运行转为单极运行,FH-MMC侧通过桥臂输出负电平电压消除交流电压直流偏置以及故障电流。通过对该运行模式下FH-MMC桥臂功率流动特性进行分析可知,上、下桥臂产生能量不平衡问题,导致故障桥臂子模块电容电压持续上升,影响开关器件的安全运行。为此,基于基频环流注入的能量平衡策略提出一种直流单极故障穿越控制策略,保证直流母线单极接地故障下正常极仍可传递一半的额定功率,实现混合直流输电不停机运行。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建混合直流输电仿真模型,仿真结果验证了所提控制策略的有效性。     

永磁同步电机不对称运行负序分量特性分析

定子故障、转子故障以及其它原因均有可能引起永磁同步电机定子不对称运行,以往文献更多关注于常规电机某种故障下的负序电流分量,并未对负序分量进行全面的分析。以电动汽车驱动用永磁同步电机作为研究对象,建立了其仿真模型和实验平台,对定子绕组三相不平衡故障引起的不对称运行状态下的负序电流和负序阻抗进行了较为深入的研究。实验和仿真分析结果表明,随着故障不平衡度的增加,非故障相之间的夹角越来越偏离120°;故障状态下的负序电流远大于正常运行时的负序电流;故障状态下的负序阻抗远小于正常运行时的负序阻抗,且具有一定的鲁棒性。这些结论的获得为基于负序分量的永磁同步电机故障下的诊断提供了研究基础。     

配电网单相接地故障电弧特性分析及真型试验技术研究

研究电弧故障特性对配电网稳定运行具有意义。通过仿真搭建Cassie和Mayr电弧模型,得出不同电压等级下适合配电网模拟电弧故障的模型,Cassie电弧适合高压配电网模拟电弧接地故障,Mayr电弧适合中压配电网模拟电弧接地故障。此外,在中国电力科学研究院有限公司特高压交流试验基地搭建10 kV真型配电网试验平台,验证仿真模型的正确性,试验验证与仿真实验结果相一致。结果表明：与中性点不接地方式相比,配电网在中性点消弧线圈接地条件下,对故障过电压抑制效果明显,可提高系统的安全可靠性。     

飞机用无刷直流电动机系统仿真分析

提出了一种新的飞机用无刷直流电动机的系统建模方法,该模型可以实现电机性能、故障保护、软起动的综合仿真.根据无刷直流电动机的数学模型,在Matlab 2010a的Simulink环境下,采用S函数和模块化建模方法,建立了相应的系统仿真模型.为提高可靠性,较详细地讨论了过流、欠压和缺相故障的保护.仿真实验结果与理论分析一致,验证了模型的合理有效性.