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。     

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。     

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.     

计及转子静偏心的双馈式发电机转子匝间短路故障频谱特性的仿真分析

为了研究双馈风力发电机转子静偏心故障和转子绕组匝间短路故障频谱特性的区别,避免静偏心导致对转子绕组匝间短路故障的误诊断。依据有限元理论,建立双馈风力发电机转子绕组匝间短路模型和计及静偏心的模型,对转子绕组匝间短路、计及静偏心的转子匝间短路故障进行了仿真。以转子线电流和定子线电压为研究对象,从频谱特性角度,对各组的仿真结果进行了对比研究。分析结果表明,静偏心的存在会导致定子线电压中出现与转子绕组匝间短路故障相同的特征频率,可能导致误诊断;同时对转子线电流和定子线电压以及定子线电压的高频段进行监测,能够有效区分静偏心与转子绕组匝间短路故障,避免静偏心导致对转子绕组匝间短路故障的误诊断。     

同步发电机定子绕组匝间短路故障特征规律研究

为真实有效地反映实际并网运行的大型同步发电机发生定子绕组匝间短路故障时发电机定子电流及谐波电磁转矩等主要电气量的变化规律,采用场-路-网耦合时步有限元法对该问题进行了详细分析。以一台1 407 MVA核电半速汽轮发电机为研究对象建立了场-路-网联合仿真模型,在发电机并网带额定负载稳定运行条件下,对发电机定子绕组不同位置发生相同程度匝间短路故障进行了仿真,研究了大型发电机定子绕组匝间短路时故障位置对发电机机端三相电流、暂态基波电磁转矩、暂态二次谐波电磁转矩及稳态二次谐波电磁转矩的影响。为大型同步发电机定子绕组匝间短路故障诊断提供参考。     

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。     

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。     

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。     

双馈风力发电机定子绕组匝间短路故障特征提取

分析了双馈风力发电机定子绕组匝间短路的故障机理,建立了定子绕组匝间短路数学模型,利用MATLAB/Simulink仿真得到了发电机定子绕组匝间短路故障发生时的定子三相电流和匝间环流。研究结果表明:从定子三相电流波形中难以分辨轻微匝间短路;而通过分析不同故障情况下定子电流Park矢量椭圆长半轴和短半轴的长度发现,Park矢量椭圆离心率能够灵敏反映故障并预估故障程度,因此,认为Park矢量椭圆离心率可以作为定子绕组匝间短路故障诊断的特征参量。     

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。     

双馈风力发电机定子绕组匝间短路诊断与实验研究

当双馈风力发电机定子绕组发生轻微匝间短路时,三相定子电流的时域波形变化比较微小,而三相电流Park’矢量轨迹随着故障变化明显。对双馈电机采用多回路理论进行仿真,并进行动模实验测试,得出了正常及匝间故障情况下的Park’矢量轨迹,通过对Park’矢量轨迹的形状和椭圆环的宽度比较来确定是否短路并估计匝间短路的严重程度。     

双馈风力发电机定子绕组匝间短路诊断与实验研究

当双馈风力发电机定子绕组发生轻微匝间短路时,三相定子电流的时域波形变化比较微小,而三相电流Park'矢量轨迹随着故障变化明显.对双馈电机采用多回路理论进行仿真,并进行动模实验测试,得出了正常及匝间故障情况下的Park'矢量轨迹,通过对Park'矢量轨迹的形状和椭圆环的宽度比较来确定是否短路并估计匝间短路的严重程度.     

区分发电机不对称运行和定子绕组匝间短路的故障检测

为了有效检测和辨识发电机定子绕组匝间短路故障,应用交流电机绕组理论分析了定子绕组匝间短路时并联支路感应电动势的频率、幅值和相位以及转子绕组感应电动势的谐波特征.以试验所用的故障模拟发电机为例,分别对发电机不对称运行和定子绕组匝间短路进行了故障特征计算.发现在发电机不对称运行和定子绕组小匝数匝间短路不断恶化时,发电机励磁...     

定子绕组匝间短路对无刷双馈电机电磁特性的影响

针对无刷双馈发电机定子绕组匝间短路的暂态电磁特性,采用多回路模型和有限元模型相结合的方法,建立了用于分析定子绕组短路故障的无刷双馈发电机场路耦合模型,充分考虑齿槽效应,铁磁材料饱和以及涡流效应等因素的影响.对发电机匝间故障前后暂态和稳态下的电磁转矩特征进行了频谱分析,在此基础上研究了不同频率电磁转矩分量随故障匝数及故障...     

双馈感应发电机转子匝间短路时定子电流谐波分析

随着人们对风能重视程度的日益加深,双馈感应发电机(DFIG)的应用越来越广泛。转子绕组匝间短路故障是一种常见故障,对DFIG以及风电系统具有较大危害。文中分析了正常情况以及发生转子绕组匝间短路故障时定子侧电流谐波成分,考虑了绕组结构对谐波成分的影响;建立了DFIG多回路数学模型,计算了发生不同程度转子绕组匝间短路故障时的定、转子电流,分析了发生转子绕组匝间短路故障时电流的变化规律;以傅里叶变换为基础,进一步分析了定子单条支路电流、线电流以及并联支路环流中的谐波成分。这些谐波特性可以用于构造转子绕组匝间短路故障检测与诊断判据。     

双馈异步发电机定子匝间短路故障诊断研究

分析双馈异步发电机定子绕组匝间短路故障负序电流的来源,提出以负序电流作为故障特征量进行故障诊断,建立双馈异步发电机仿真模型,通过改变模型中短路匝数和短路电阻的大小实现了匝间短路故障模拟.对仿真发电机在风速恒定的条件下发生定子绕组匝间短路故障进行了模拟.结果表明,定子发生匝间短路故障后,会在定子中增加负序电流分量,定子负...     

计及电流估计差的海上双馈电机定子绕组匝间短路故障诊断

海上双馈风力发电机存在运行条件恶劣、可及性差、故障维修困难等多种海上不确定因素,可能使故障恶化带来巨大的经济损失,因此提出以电流估计差为故障特征量的双馈风力发电机定子绕组匝间短路故障诊断方法。首先,在双馈电机(doubly-fed induction generator,DFIG)定子绕组匝间短路故障数学模型中,提出可以反映故障相特征的故障矢量参数;推导得到基于电流估计差的数学表达式;通过实测的电机参数做负反馈,提取由定子绕组匝间短路故障引起的电流估计差的负序分量。实验结果表明,该方法能够精准识别匝间短路系数并定位故障相,对非理想工况具有鲁棒性。     

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。     

发电机转子匝间短路故障电磁场数值分析研究

掌握气隙磁场的分布情况，是实现转子绕组匝间短路故障诊断的重要手段。考虑到短路故障会引起绕组电路拓扑结构的改变，本文通过机理分析推导，得到气隙磁场、定子电流、电磁转矩等一系列电气量的变化特征，并采用有限元数值分析法对故障状态的电磁场及电磁特性进行研究。以一台同步发电机为例，首先建立二维场路耦合有限元电磁场计算模型，通过仿真分析对比了电机额定工况时发生短路故障前后磁场分布的差异；然后对匝间短路故障下产生在电机气隙磁密中不同频率的谐波、定子支路中的电流及电机电磁转矩的变化规律进行了深入分析；最后重点针对故障对电机运行性能的影响进行了探讨。本文可为同步发电机早期故障诊断提供理论依据，为工程实际提供参考。     

定子绕组匝间短路时发电机电磁转矩分析

对定子绕组匝间短路时发电机的电磁转矩特性进行了研究。分析了在考虑电机振动偏心下，定子绕组匝间短路后同步发电机的气隙磁场变化特征，然后得到内部故障发生前后电磁转矩的变化特征，特别是瞬时转矩中的脉冲转矩分量幅值和频率的变化特征。同时分析了故障后发电机转子励磁电流的故障特征。利用动模实验，实测了1台容量为7.5kV×A的同步发电机不同程度定子绕组匝间短路时的电磁转矩并对其进行了离散傅里叶变换频谱分析，实验分析结果与理论分析基本一致。该结果对于电机瞬时转矩的测量、计算和运行中动态电磁转矩波形的描述具有较高的参考价值。