風(fēng)電變流器的開路故障診斷
榮先無，姚鵬，段其昌（1上海電器科學(xué)研究所（集團）有限公司，上海200063；2重慶大學(xué)自動化學(xué)院，重慶400044）
摘要：分析了功率開關(guān)開路故障對雙饋風(fēng)力發(fā)電機的電流和其他變量的影響，提出了一種基于電流信號平均值的開路故障診斷方法，該方法適用r雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)艤脈寬捌制( PWMl變流器中單個或兩個功率開關(guān)的開路故障診斷。針對診斷系統(tǒng)容易在同步速或同步速附近發(fā)生誤報的情況，提出了一種新的誤報抑制策略，即分別在亞同步和超同步速下，通過改變采樣數(shù)據(jù)存存儲器中的存儲方向來消除因為電流波形在問步速附近的對稱關(guān)系引起的洪報。仿真結(jié)果表明，該方法不僅能完全消除誤報，而且能陜速準(zhǔn)確地診斷出開路故障的位置和類型。
關(guān)鍵詞：雙饋風(fēng)力發(fā)電機；雙脈寬調(diào)制變流器；開路故障診斷
中圖分類號：TM4文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1673-6540( 2009) 12-0047-05
0 引 言
風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的可靠性研究是當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的熱門課題，在雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，雙脈寬調(diào)制(PWM)變流器（見圖1）是最容易發(fā)生故障的環(huán)節(jié)之一【1】，功率開關(guān)的短路故障和開路故障是其中比較典型的弱種故障。針對短路故障診斷的研究已非常深入，并且已經(jīng)有一些標(biāo)準(zhǔn)的保護模塊？對于開路故障診斷的研究，目前也取得了一些基礎(chǔ)性的成果【2-7】。其中，文獻[2]利用電機電流Park向量的平均值來診斷開路故障；在文獻[3]中控制偏差法被用于診斷系統(tǒng)的開路故障；文獻[4]提出利用線電流的直流分量來分析開路故障，此外，文獻[4]還通過DFT計算出線電流的一階諧波系數(shù)，以獲得不依賴實際負(fù)載的診斷變量；文獻[5，6]對文獻[2-4]提出的方法進行了分析和對比，產(chǎn)生誤報是這些方法的共同映點；文獻[7]根據(jù)上述方法，提出了針對風(fēng)電系統(tǒng)的兩種開路故障診斷方法。這兩種方法的開路故障診斷
速度較快，但同樣也存在在外部影響或轉(zhuǎn)子電流頻率為零附近時發(fā)生誤報的問題，并且轉(zhuǎn)子在同步速時運行的時間越長，誤報的時間就越長，上述診斷方法一般通過加入死區(qū)時間或采用相應(yīng)的故障抑制算法來消除一些時間比較短的誤報【7】，但是都不能從根本上解決誤報問題。
針對七述問題，本文首先討論了開路故障對系統(tǒng)其他狀態(tài)變量的影響，在總結(jié)已有方法的基礎(chǔ)上，提出一種適用于雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的開路故障診斷方法，這種方法可以完全消除由于系統(tǒng)外部環(huán)境影響以及在同步速附近時發(fā)生的誤報問題，并通過仿真對該方法進行了驗證。
l 開路故障對雙饋風(fēng)電系統(tǒng)的影響
雙PWM變流器是由兩個電壓源逆變器背靠背連接在一起的，也叫背靠背變流器，在雙饋風(fēng)電系統(tǒng)中，功率可在雙PWM變流器中雙向流動。亞同步速時，來自電網(wǎng)的電功翠經(jīng)受流器流向雙饋風(fēng)力發(fā)電機( DFIC)的轉(zhuǎn)子；超同步速時，來自風(fēng)力機的轉(zhuǎn)差功率經(jīng)變流器流向電網(wǎng)，在變流器傳輸功率較低時，變流器功率開關(guān)的開路故障是一種短時間內(nèi)不會導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰的故障，但是如果長時間帶這種故障運行，將會使系統(tǒng)部件產(chǎn)生不可逆的損壞，圖2顯示了功率開關(guān)T1發(fā)生開路故障時一些系統(tǒng)變量的變化。總的來說，開路故障對雙饋風(fēng)電系統(tǒng)的影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面：(1)造成DFIG的電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大脈動，進而導(dǎo)致電機轉(zhuǎn)子的波動，如果長時間帶故障運行，則有可能導(dǎo)致電機轉(zhuǎn)子和與其同軸的齒輪箱在交
變應(yīng)力作用下發(fā)生疲勞損壞；(2)輸往電網(wǎng)的有、無功功率發(fā)生波動，且造成電網(wǎng)諧波污染；(3)降低電容的使用壽命；(4)輸出功率較大時，容易導(dǎo)致變流器其他正常工作的功率開關(guān)過流。
在雙PWM變流器中，網(wǎng)側(cè)變流器的主要功能是保證直流側(cè)電壓幅值恒定，同時還具有調(diào)節(jié)網(wǎng)側(cè)無功功率的作用，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的主要作用是調(diào)節(jié)和解耦輸出的有、無功功率，并保證系統(tǒng)在不同風(fēng)速下，執(zhí)行不同的工作模式，其具有的功能更多，相對于網(wǎng)側(cè)變流器，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的開路故障對電機、電網(wǎng)和風(fēng)力機的影響更大，本文著重討論轉(zhuǎn)子側(cè)的開路故障。
2開路故障的診斷分析
功率開關(guān)的開路故障會導(dǎo)致相應(yīng)的變流器橋臂無法導(dǎo)流，各輸入、輸出相電流也會因此發(fā)生形
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