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。     

永磁直驱机组叶轮质量不平衡故障建模及仿真研究

针对风力机叶轮质量不平衡故障对风电机组安全稳定运行的严重影响问题,在对该故障形成机理简要阐述后,理论推导了该故障对永磁同步发电机转速及电磁功率造成的影响。利用Matlab/Simulink建立在该故障状态下包含风力机、传动部件及发电机的风机模型,从定量角度设置不同的仿真算例,分析电机转速和电磁功率信号时域及频谱曲线特征及变化。分析结果显示其包含电机旋转的一倍频分量和二倍频分量,且随着不平衡质量的增大而增大。在湍流风速条件下,电机旋转及电磁功率频谱在低频段呈现连续尖峰。该方法可以应用到直驱风电机组故障诊断系统中质量不平衡故障的判别和不平衡质量的确定。     

不对称电网故障下直驱型永磁风力发电系统网侧变流器的运行与控制

分析了三相不平衡电网电压下直驱永磁同步风力发电机组直流母线电压波动的机理,研究了消除不平衡功率传输引起的二次纹波控制策略,以提高变流器在电网不对称故障下的故障穿越能力.通过将比例积分谐振控制器引入直驱型永磁风电机组网侧变流器控制,在正序同步旋转坐标系下同时对正负序电流进行稳态无差调节,来抑制负序电流失控所引起的直流母线...     

不对称故障下直驱永磁风电机组运行控制方式综述

首先根据电网不对称故障特征,总结分析了直驱永磁同步风力发电机组在电网不对称故障下运行面临的问题及产生的原因。在此基础上,就抑制背靠背双PWM变流器直流母线电压波动、升高、保持并网电流平衡3方面总结归纳了针对解决不对称故障时风电机组运行问题的主要措施,为进一步保证直驱风机在不对称故障时的安全运行能力,在现有措施的基础上提出了一些设想。     

电网电压不对称时直驱型永磁风电机组控制策略

在电网电压不对称时,直驱型永磁同步风电机组采用对称控制方法将造成直流侧电压的波动。根据风电机组变流器输出瞬时功率与直流电容电压波动之间的关系,提出一种保持网侧变流器输出功率恒定的控制策略。讨论了风电机组并网对系统不平衡度的影响,以及网侧变流器控制系统的实现。仿真结果表明,电网电压不对称时该控制策略能够保证直流电容电压保持恒定,三相输出电流为正弦波形。     

风速不确定性对PMSG机组并网电流质量影响的研究

近年来风电发展势头迅猛,直驱永磁同步风力发电系统优势渐显,针对永磁同步发电机、全功率变流技术的研究也较为成熟,但对其并网问题的研究却颇显不足。基于直驱永磁同步风力发电系统探讨风速不确定性给风电并网带来的电流质量问题,通过搭建PMSG机组并网实验平台,针对3种不同风况进行并网实验,实验结果表明,风速大小及其湍流强度是影响PMSG机组并网电流质量的重要因素。     

电网故障时永磁直驱风电机组的低电压穿越控制策略

为提高永磁直驱风电机组所并电网的运行稳定性,研究电网故障下永磁直驱风电机组的运行特性以及提高其低电压穿越运行能力,文中提出一种适用于采用双脉宽调制变换器并网的永磁直驱风电机组的低电压穿越运行控制方案。通过在电网故障时限制发电机的电磁功率来限制输入至直流侧电容和电网侧变换器的功率,通过在电网故障时采用考虑发电机功率信息的网侧变换器电流闭环控制来实现直流链电压稳定控制,从而有效实现发电系统的低电压穿越运行。系统仿真结果表明,所提出的控制方案无需增加硬件保护装置,在电网对称及非对称故障下均可有效实现永磁直驱风电机组的低电压穿越运行。     

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。     

直驱永磁同步风电机组不对称故障穿越的研究

分析电网发生不对称故障对直驱永磁风力发电机组(D-PMSG)的影响,研究其控制策略,以提高其不对称故障穿越的能力。把电网电压实时引入机侧整流器参考功率的计算中,提出了按照电网正序电压和其额定电压的比减小发电机输出功率的控制策略。建立了经背靠背双PWM变流器并网的D-PMSG仿真模型。机侧整流器控制内环采用电流前馈控制,外环采用功率环控制发电机输出功率。网侧逆变器控制内环采用电流前馈控制,并控制负序电流为零,外环采用电压环稳定直流电压。仿真结果表明,在不对称故障时,这种策略保持了发电机功率平衡和变流器功率平衡,限制了直流电压的升高,保持了逆变器三相电流对称,实现了机组不对称故障穿越。     

直驱永磁同步风力发电系统的阻尼系统设计

1直驱永磁风力发电系统的阻尼系统应用由于永磁同步发电机(PMSG)定子和转子磁场之间没有相对运动,不能在阻尼绕组中产生感应电压;再者,PMSG转子上没有磁场绕组,也不存在磁场绕组中产生感应电流或阻尼作用;另外,多极低速永磁同步发电机的极距很小,不能采用传统的阻尼绕组去抑制功率角振荡,因此连接到直驱风电系统中PMSG是没有阻尼系统的。又     

直驱式永磁同步海流机叶轮不平衡故障建模与实验研究

为了研究复杂工况下叶轮不平衡故障对海流机运行的影响,建立从来流流速输入到定子电流输出的机电耦合数学模型。该模型与实验结果相匹配,不仅能呈现湍流下海流机叶轮不平衡故障特性,同时能够减少计算时的复杂运算。为了验证该模型模拟实际海流机运行的可靠性,首先对直驱式永磁同步海流机在不同流速下正常运行模式和叶轮不平衡故障模式进行实验测试。其次,利用海流机实测正常运行数据对数学模型进行修正,在修正模型中添加不平衡故障模块得到叶轮不平衡故障仿真结果,并与实验结果对比。仿真结果得到了与实测值较为相近的结果,验证了该模型的有效性和可靠性。     

不对称电网下直驱永磁风力发电机的电流控制

为抑制不对称电网故障下直驱永磁风力发电机并网逆变器直流侧母线电压振荡,在分析直流母线电压波动机理和直驱永磁风力发电机组并网逆变器数学模型的基础上,将陷波器应用在传统锁相环控制算法中,提出了正、负序双电流闭环控制策略,保证系统运行的稳定性.实验结果表明,该策略能有效抑制直流母线电压升高,完成风电机组不脱网运行.     

具备不平衡运行控制直驱风机对近区系统负序电流的影响

针对具备不平衡运行控制的直驱永磁同步风电机组(direct-driven permanent magnet synchronous generators,DDPMSG),提出了一种负序电流注入下,含直驱风机系统的稳态不对称计算方法。在正负序网中,将直驱风机等效为受控电流源,然后根据系统正负序网,列出系统正负序电压电流方程,与直驱风机正负序电流指令值计算方程联立求解,得到系统各参数的序分量。从理论上分析了直驱风机对近区系统负序电流的影响,研究结果表明,相比同步电机,直驱风机使系统其他支路输出的负序电流更大。在双机无穷大以及十三节点配电网的算例中,通过理论计算值与仿真值的对比,验证了所提计算方法和结论的正确性。     

基于Z源逆变器的永磁直驱风电系统不对称故障穿越策略

基于Z源逆变器的永磁直驱风力发电机组在不对称电网故障下运行时,将导致并网电流含负序分量,Z源网络电容电压泵升并含有二倍工频纹波等问题。由于系统机侧采用三相不可控整流,无法解决Z源网络电容中二倍频对发电机转矩脉动的影响,本文采用储能型Crowbar方案,通过对故障时系统功率流动的分析,提出一种基于Z源逆变器的永磁直驱风电系统不对称故障穿越策略,采用比例谐振控制器使流入储能装置的功率无静差跟踪发电机输出功率和Z源逆变器输出功率之差,不仅限制了故障时Z源网络电容电压的泵升,还消除了Z源网络电容上的二倍工频纹波。此外,通过在正负序同步坐标变换下电网正负序电压分别定向的方法,抑制了并网电流的负序分量。仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性。     

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。     

双馈异步发电机定子绕组故障特征量提取方法研究

双馈异步发电机定子绕组发生不对称故障时,会在转子电流信号中引发一定的谐波分量。由于早期故障引起的故障特征信号十分微弱,如何准确提取故障特征量已经成为一个很重要的课题。本文在动模实验室进行了双馈机定子绕组故障模拟实验,获取了正常及定子绕组不对称故障情况下的转子电流信号,然后采用傅里叶变换、小波变换、希尔伯特-黄变换(HHT)三种方法提取其故障特征量,进行灵敏度与可靠性的比较。通过对比可知,希尔伯特-黄变换提取出的故障特征量比傅里叶变换及小波变换的特征量更加敏感、可靠。     

电网电压不平衡时永磁直驱风电机组的控制策略

详细分析了电网电压不平衡条件下永磁直驱风电机组的运行情况,根据电网电压不平衡条件下风力发电机组不同的运行要求,提出基于三种可选控制目标的网侧变换器控制方案,同时采用正序电网电压定向方式简化得到网侧变换器的正、负序电流参考量.所提方案可实现在不平衡电压条件下抑制并网有功功率/直流链电压二倍频波动,抑制并网无功功率二倍频波动或抑制网侧负序电流的控制目标,进一步提高了电网电压不平衡下永磁直驱风电系统运行的稳定性和可靠性.通过对电网电压不平衡下永磁直驱风电系统运行行为进行仿真计算和对比分析,验证了所提控制策略的正确性和有效性.     

基于LWP和改进RF的风机变流器故障诊断

变流器是永磁直驱风电系统中故障率最高的部件,为提高永磁直驱风电机组运行稳定性,提出了基于提升小波包(LWP)与随机森林(RF)的变流器故障诊断方法。首先搭建了永磁直驱风电仿真模型,采集了故障电流信号,然后利用遗传算法与LWP结合提取故障特征向量,最后利用经哈里斯鹰算法(HHO)优化后的RF诊断模型对变流器开路故障进行诊断,为了验证所提诊断模型的有效性,设计了一组基于贝叶斯优化RF的对比实验,结果表明:该方法诊断准确率高,能有效对变流器开路故障进行定位。     

电网不对称故障下直驱风电机组低电压穿越技术

分析了直驱风电变流器在电网不对称情况下的表现,提出一种适用于该情况的网侧变流器控制策略,并将其与直流侧Crowbar电路配合,实现电网不对称故障下的低电压穿越.直驱风电机组与电网间的功率交换完全通过变流器实现,电网不对称故障引起的有功功率波动在变流器上表现为直流侧电压大幅波动.控制策略以稳定输出有功功率为目标,基于同步旋转坐标系和正负序分解得出控制模型,并综合考虑电流安全限值、系统复杂程度等问题,给出额定功率附近运行时发生不对称故障的穿越方案.使用MATLAB建立仿真模型,给出不对称故障下的仿真结果,证明方案可行性.     

基于多相PMSG和三电平变流器的风电机组低电压穿越

当前国内外对于风电机组的并网规范都要求电网发生电压跌落时风电机组能够保持不脱网运行以帮助电网故障恢复。针对一种新型的基于多相直驱永磁同步发电机(PMSG)和混合式三电平变流器的大功率直驱风电系统的低电压穿越技术进行了研究。首先分析了电网故障对直驱风电系统带来的影响,然后给出了新型机组的低电压穿越策略,即通过改变电机侧和电网侧变流器的电流给定,配合发电机转速调节的方法来控制系统的能量传输,进而达到穿越故障的目的。最后建立了所提出的风电系统的时域模型,给出了不同电网故障情况下的仿真结果,验证了控制策略的可行性和有效性。