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。     

基于拟序阻抗的海上双馈电机定子绕组匝间短路早期故障辨识

海上风电机组运行环境恶劣,早期故障信号微弱可能导致故障迅速恶化、引起修护困难,该文提出以拟序阻抗为故障特征量的海上双馈电机定子绕组匝间短路早期故障的辨识方法。首先构建精确、通用的双馈电机(doubly-fed induction generator,DFIG)定子绕组匝间短路故障模型,推导演绎故障状态下各序分量的表达式;然后计及工程上各种非理想运行工况的影响,得到由于故障引起的拟序阻抗表达式。仿真和实验分析结果表明,拟序阻抗对双馈电机定子绕组匝间短路的早期故障辨识具有高灵敏性与高可靠性,为海上双馈电机故障的精确辨识提供技术支撑。     

基于双侧磁链观测差的海上双馈风力发电机转子绕组匝间短路早期故障辨识

海上双馈风力发电机(doubly fed induction generator,DFIG)维护困难,对故障辨识精准度要求较陆上更高。转差功率使得DFIG在接近同步速运行工况时,转子绕组匝间故障特征十分薄弱,辨识困难。提出以双侧磁链观测差为特征量的海上DFIG转子绕组匝间短路早期故障的辨识方法。根据DFIG转子绕组匝间短路故障机理,推导得到匝间短路时双侧磁链观测差的表达式。通过仿真验证了该特征量对于转差变化和转速测量误差的鲁棒性。仿真和实验分析结果表明,双侧磁链观测差对于双馈电机转子绕组的早期故障辨识具有高灵敏性和高可靠性,为海上双馈风机转子匝间短路的精确辨识提供技术支撑。     

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。     

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。     

正常及定子绕组匝间短路故障的双馈风机高电压穿越研究

对于双馈感应风力发电机(DFIG)高电压穿越问题,从DFIG的暂态特性出发,利用叠加原理,将电网电压骤升故障后转子暂态过程处理为稳态分量和定子侧电压故障分量的零状态响应之和,以此求解转子暂态电流。分析换流器的控制策略对电网电压骤升过程的影响,在此基础上提出附加控制环节,使DFIG工作于无功支撑模式,实现高电压穿越。基于多回路理论,建立了定子绕组匝间短路(SWITSC)故障的DFIG数学模型,并验证所搭模型的正确性,在此基础上仿真分析了附加控制策略对发生SWITSC故障的DFIG高压穿越的影响。对正常和发生SWITSC故障的DFIG高电压穿越运行研究具有一定指导意义。     

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。     

定子匝间短路故障下双馈风力发电机组高压穿越性能研究

为了研究定子绕组匝间短路(SWITSC)故障对双馈风力发电机组高压穿越的影响,基于多回路理论建立了计及定子绕组匝间短路故障的双馈感应发电机(DFIG)仿真模型,并在MATLAB/Simulink下建立了其S-函数。依据短路故障回路特性,分别在SWITSC前后建立了DFIG风电机组的ABC坐标系统和dq0坐标系统下的数学模型,并简要分析了SWITSC故障下的电磁特性。对双馈风电机组的高压穿越能力做出分析,分析了风电场电压升高的原因、高压穿越的标准及双馈风机在电网电压骤升下的暂态过程。重点研究了DFIG在SWITSC故障前后高压穿越的仿真结果。结果表明,定子绕组匝间短路故障会严重降低风电场的高压穿越的能力。     

利用逆同步速坐标变换检测感应电机定子故障

针对感应电机电流中谐波和噪声影响定子匝间短路故障诊断结果的问题,提出了利用逆同步速坐标变换提取定子故障特征的方法.利用改进的相关算法准确提取三相定子电流基波信息,通过逆同步速坐标变换将基波正序分量转换成二倍频交流量,负序分量转换成直流量.采用均值法提取直流分量,导出了负序分量在逆同步速旋转坐标系下合成矢量幅值,并考虑电机先天不平衡因素定义了表征匝间短路故障程度的灵敏度因子.实验结果表明,该方法避开了先天不平衡、谐波及噪声对诊断结果的影响,灵敏度因子可准确反映定子匝间短路故障特征.系统只需采样电压频率和电流信号,易于工程实现.     

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...     

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。     

双馈感应发电机接入电网的三相短路电流峰值评估

短路电流计算是电网规划和保护的基础,文中将双馈感应发电机(DFIG)定子磁链强制分量归算至定子侧,将定子磁链直流分量归算至转子侧,形成静态等值电路,分析转子感应磁链随转速的变化规律,研究转子电阻对故障时定子磁链直流分量动态衰减及其与转子绕组感应过程的影响,推导电网三相短路时DFIG定子短路电流解析式。比较了近端和远端故障时不同撬棒电阻对应定子短路电流特性,提出了DFIG接入电网的三相短路电流峰值评估方法。该方法能有效计算DFIG机端、馈线上下游和其他馈线故障时的三相短路电流峰值序列,采用MATLAB/Simulink软件仿真验证了所提出方法的正确性。     

基于不平衡电压的相控电抗器匝间短路故障保护方法

相控电抗器在结构上属于干式空心电抗器,工作时其电流会随着相控触发角的变化而变化,其等效阻抗也随之变化.常规干式空心电抗器的匝间短路保护针对恒定阻抗的电抗器设计实现,并不适用于相控电抗器.文中提出一种相控电抗器匝间短路故障保护方法.首先,根据相控电抗器的接线和工作特性,得到两个电抗器之间的不平衡电压;然后,采用滑动数据窗积分的方式计算其不平衡电流;最后,基于差动保护的原理实现了匝间短路故障的判断.所提方法消除了晶闸管触发角对匝间短路故障判据的影响.基于实际工程参数的实时数字仿真结果验证了所提方法的有效性.     

不平衡电压下双馈变速风电机组的控制策略

提出了不平衡电网电压下双馈发电机的控制策略,并建立了双馈发电机在正、反旋转坐标系下的数学模型。在此基础上推导和分析了电网电压不平衡条件下双馈发电机输出的瞬时有功、无功功率的组成。提出了4种可供选择的不平衡电压控制方案,并给出了不同控制目标下转子的正、负序电流目标值的计算原则。通过MATLAB/SIMULINK仿真验证了控制方案的有效性。     

基于二倍频转矩脉动的异步电机定子匝间短路故障预测方法

为了能够在故障早期有效地检测异步电机定子绕组匝间短路故障,首先建立了异步电机在定子匝间短路状态下的动态数学模型,运用坐标变换和空间矢量变换的思想对异步电机动态模型进行分析与仿真,提出了一种新的基于计算转矩二倍频脉动的匝间短路检测方法。通过搭建异步电机定子绕组匝间短路的数学模型并对其进行仿真,对匝间短路引发电路计算转矩的变化进行研究,验证了所提出方法的可行性。在此基础之上,提出以计算转矩的二倍频分量为故障特征量对异步电机定子绕组匝间短路故障进行诊断,并分析了该方法的鲁棒性和准确性,从而形成了新的异步电机定子绕组匝间短路故障诊断方法,为电机故障预测提供了新的研究思路。     

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.     

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...