IGCT三电平变流器故障识别及状态监测方法

针对以IGCT为核心的中压三电平变流器短路故障保护以及运行过程中主回路器件参数变化监测的问题，提出一种同时实现IGCT三电平变流器故障识别及主回路运行状态监测方法。通过硬件电路检测其电感后端的电压波形并结合器件开关状态来预判是否发生短路故障，筛选电压波形数据中峰值电压与峰值电压时间作为特征值，推导主回路电气参数与峰值电压、峰值电压时间关系，形成对应数据训练神经网络权重构建数值拟合观测器，将实时采样波形数据输入数值拟合观测器在线辨识变流器主回路参数，实现当器件因虚焊、老化、发热等异常原因导致参数变化时予以报警提示。     

考虑低电压穿越全过程的双馈风电机组短路电流计算方法

双馈风电机组在电网故障期间保持并网运行,其输出的短路电流对电力系统保护和控制产生较大影响。电网故障下,双馈风电机组通常先投入撬棒保护并闭锁转子侧变流器,而后重启转子侧变流器控制机组输出无功功率。目前,针对双馈风电机组短路电流已有较多研究,但是尚未考虑低电压穿越全过程中机组运行状态切换所造成的电气参量的变化,可能造成短路电流的分析和计算出现较大误差。为此,分别建立了撬棒投入和转子侧变流器无功控制两个阶段的双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)数学模型,推导了这2个阶段DFIG定子短路电流的表达式,分析了低电压穿越方式的切换对DFIG输出短路电流的影响,提出了低电压穿越全过程DFIG短路电流的计算方法,并通过时域仿真验证了理论分析的正确性。     

DC-link电容器在线状态监测方法综述

直流支撑(DC-link)电容器是电力电子变换器的关键器件之一,它的可靠性会影响整个系统的可靠性。状态监测是估计电容器健康状态的一种有效手段,综合分析了电容器的健康状态参数和性能状态参数,针对近年来电容器的在线状态监测研究进行分类,将其分为了传感器法、注入法、电路模型法和智能监测法;介绍每种方法的原理和手段,对比分析各种方法的优缺点,其次,针对研究成果的监测对象和监测参数进行数据统计分析;最后提出电容器状态监测的后续研究方向。     

基于负序电流补偿的并联风电变流器故障容错控制

海上风电运行环境恶劣,风电功率随机波动性大,导致功率器件极易发生故障.故障容错控制是提高风电并联变流器运行可靠性以及功率可用度的有效手段.并联风电变流器某相发生开路故障后,对并联风电变流器的故障运行机理进行了详细分析.在此基础上,提出一种基于负序电流补偿的并网风电变流器故障容错控制,利用非故障变流器模块对故障变流器模块进行负序电流补偿.当系统功率小于或等于0.5 p.u.时,在保证并网侧电流平衡的条件下实现变流器最大输出功率;当系统功率大于0.5 p.u.时,首先满足系统有功输出要求,然后对负序电流进行补偿.最后通过仿真验证了该控制理论的正确性与可行性.     

考虑多信息融合的风电机组状态评估与预测系统开发

为降低风电机组故障发生概率,提高其可靠性,该文利用数据采集与监控系统（supervisory control and data acquisition,SCADA）检测获得的风电机组运行状态数据,通过研究多指标融合状态评价模型及其预测算法,解决风电机组状态参数评估与预测难题。结合SCADA系统结构,设计并规划风电机组状态参数评估与预测系统架构与功能;利用输出功率波动、风能利用率以及开机运行比率3项参数,基于阈值法,建立风电机组状态退化评价指标模型,通过主成分分析法对3个评估标准进行权重计算,并将各指标进行信息融合,综合反应风电机组运行状态;设计Convolutional Neural Network-Long Short-Term Memory风电机组状态预测模型,实施风电场运行状态参数预测;开发风电机组状态评估与预测系统软件,验证所提方法的有效性。     

基于电压和电流特征的双馈风电变流器功率器件开路故障综合诊断

变流器功率器件开路故障监测与识别对提高双馈风电系统智能运维至关重要.针对现有基于变流器电压或电流单一特征以及固定阈值的方法难以同时实现功率器件故障诊断监测与识别问题,该文提出一种基于变流器直流母线电压的故障监测与基于转子电流故障识别的综合诊断方法.首先,理论分析变流器功率器件开路故障对直流母线电压的影响,基于累积和(CUSUM)算法,提出基于直流母线电压特征的故障监测方法;其次,针对转子输出电流非平稳特性和阈值固定问题,提出基于归一化输出电流平均值和绝对平均值为故障特征量及自适应阈值的故障识别方法;最后,仿真模拟不同功率器件先后开路,验证所提方法的有效性,以风速随机及电网电压跌落为场景验证所提方法的鲁棒性.同时,以功率器件典型开路故障实验数据验证仿真分析的准确性.仿真与实验结果表明,所提方法能准确实现变流器功率器件开路故障诊断.     

用薄膜电容器替代铝电解电容器的分析与实践

本文详尽的分析了多相整流的“滤波电容器”的作用,得出在这种条件下“滤波电容器”的作用不再是半滑整流输出电压,而是作为直流母线的电源旁路或DC-Link电容器,用以吸收整流器输出和负载产生的纹波电流。提出采用电容器比较小的薄膜电容器替代锚电解电容器不仅在技术上是可行了的,最主要的是变频器的可靠性得到明显的提高。     

直驱风电机组并网变流器预充电电路设计方法优化

直驱风力发电机组的全功率变流器并网前直流母线电容处于完全放电状态,为了避免并网时的大冲击电流对网侧断路器、母线电容等产生损害,需要设计预充电电路在变流器调制前将直流母线电容充电到一定的电压值。本文在分析了常见预充电电路缺点的基础上,对三相和单相全桥预充电电路原有设计方法进行优化,并用仿真结果验证了改进后方法的准确性。另外,对于直流母线电容容量较大的变流器,推荐了一种低功耗电容式预充电电路。     

电解电容器特征参数提取方法研究

研究电解电容器特征参数提取技术,提出了一种基于有限差分法与遗传算法的电解电容器特征参数提取方法,该方法可通过设置监测信号求得电解电容器特征参数值。以Buck Boost电路为例,建立了电路模型,选择电感流经电流和电路输出电压作为监测信号,利用有限差分法对监测信号进行初步处理,然后结合遗传算法对电解电容器特征参数进行提取。实验结果表明,新方法能够有效实现电解电容器特征参数的提取。     

基于超级电容蓄能的永磁同步海上风电低电压穿越研究

为避免电网电压跌落导致海上风电机组脱网运行,分析了直驱永磁同步海上风电系统的双PWM全功率变流器控制策略,提出了一种基于超级电容器蓄能的海上风电机组并网运行低电压穿越方案。在双向变流器的直流侧并联超级电容蓄能系统,利用超级电容来维持电网故障时的功率平衡,稳定直流侧母线电压。利用网侧变流器静止无功补偿运行模式控制无功电流输出,向电网提供无功功率支持。仿真结果表明了该方案在电网故障时,能有效抑制直流侧过电压,向电网提供无功功率,有利于电网故障恢复,提高了直驱永磁海上风电系统的低电压穿越能力。     

多变流器并联时谐振特性及最优虚拟阻尼方法

LCL型变流器多模块并联并网运行时系统网络阻抗及谐振特性会发生变化,这将无法保证变流器输出电流的控制特性。对输出电流谐振问题进行定量分析及谐振抑制方法研究非常关键。通过建立多变流器并联并网系统的诺顿等效电路模型,对谐振峰分布进行定量分析,进而在简化模型的基础上,得到了谐振频率的数学表达式。基于电容器并联虚拟电阻的阻尼方法,研究虚拟电阻取值对输出电流的影响,提出了虚拟电阻最优值的计算方法。该方法可保证多变流器并联并网系统输出电流对指令值的跟踪特性。仿真和实验结果证明了定量分析结果的准确性及虚拟电阻取值方法的有效性,实现了对输出电流的有效控制。     

双馈风电机组变流器功率管开路故障诊断方法

变流器是风电机组的关键部件,且其故障率较高。为提高风电机组的可靠性和可用率,减少运行和维护费用,根据变流器的电流变化特性,提出一种新的双馈风电机组变流器功率管开路故障诊断方法。方法首先采用基于绝对值的归一化Park矢量法进行故障检测,然后根据归一化电流平均值定义了故障定位变量,并利用归一化电流绝对平均值构造了自适应阈值;最终,通过故障定位变量与自适应阈值的比较结果识别变流器故障功率管。仿真和实验结果表明,方法能够准确有效地实现双馈风电机组转子侧和网侧变流器的多功率管开路故障诊断,且具有较好的鲁棒性。     

模块化多电平变流器预充电优化策略研究

模块化多电平变流器(MMC)正常运行前需将子模块电容电压预充电至额定值,所提预充电过程分为不可控预充电和可控预充电两个阶段。不可控预充电利用限流电阻和旁路开关有效降低充电电流幅值,通过分析等效充电回路,推导出限流电阻表达式。可控预充电阶段充分利用限流电阻的限流能力,通过控制策略进一步提升子模块电容电压至额定值。所提预充电控制策略结构简单、易实现,针对上、下桥臂充电不均衡和充电时间较长的问题给出了优化方法。最后,搭建三相MMC实验平台,实验结果验证了所提控制策略的有效性。     

级联多电平变流器预充电直压均衡控制方法

对级联多电平变流器功率模块在电阻预充电时预充电待机电压不均衡,很快发散到危险值的现象进行分析.通过对系统电压、电容器电压、均压电阻值、功率单元控制板件功耗进行深入的理论分析,提出了一种预充均衡控制方法,在各种工况下都具有良好的控制效果.理论分析、仿真及实验验证了所提控制方法的可行性.     

5MW三电平中压风电变流器关键技术的相关分析

本文简要分析了5MW三电平中压风电变流器单元设计,并对关键技术控制策略和设计方案展开了讨论,分别对5MW三电平中压风电变流器单元设计中的滤波器设计、斩波单元设计、预充电回路设计进行分析,同时根据5MW三电平中压风电变流器关键技术控制策略中的网侧变流器控制、机侧变流器控制等予以详述。最后对基于IEGT的5MW三电平中压风电变流器设计方案予以剖析,对主电路损害、热设计等予以分析。     

双馈风电场群短路电流计算与故障分析方法

由于风电场群内各风电场的暂态特性存在较大差异,且各风电场及系统间存在较强的耦合关系,这些因素增加了风电场群接入后电力系统故障分析的复杂度。基于变流器的输入-输出外特性等值了变流器的数学模型,进一步给出了计及变流器控制影响的双馈风电机组暂态模型,分析了低电压穿越控制策略对短路电流的影响机理,并建立了双馈风电机组的短路电流计算模型。分析了故障期间风电场间的相互影响机理,提出了双馈风电场群的短路电流计算方法。采用RTDS建立含双馈风电机组实际控制器的物理实验平台,验证了所提出的双馈风电场群短路电流计算方法的准确性。在此基础上对双馈风电场群接入后的电网故障分析方法进行了探讨与分析。     

基于LCL滤波的双馈风电变流器有源阻尼法

在双馈风电变流器中,LCL滤波器通常串联在网侧变流器与电网之间来抑制开关频率周围的电流纹波。提出基于LCL滤波的双馈风电变流器新型有源阻尼方法,即根据测量的电网电压和LCL滤波器网侧电流,计算得到LCL滤波器的电容电压,并将该电容电压经过有源阻尼模块加到网侧变流器电流环的输出电压指令上。对系统稳定进行分析,给出合适的网侧变流器电流环比例增益;并分析有源阻尼系数对系统稳定的影响。仿真结果验证了该有源阻尼方法的有效性。     

基于动态规整与Park矢量离心变化率的风电机组变流器健康状态评估

针对风电机组变流器绝缘栅双极型晶体管（IGBT）模块故障率高且故障发生在较短时间尺度上的情况，提出基于动态规整与Park矢量离心变化率的变流器IGBT健康状态评估方法，利用动态规整算法建立相似度计算模型，计算三相波形的最小规整距离与波形相似度并实现变流器运行状态判断；利用Park矢量椭圆离心率与变化率进行IGBT状态评估并设定评估指标。分别通过仿真及实际运行数据验证。验证结果表明，该方法具有较好的实用性，在故障发生前波形相似度逐渐降低，Park矢量离心率变化趋势持续增大，表明这种算法模型能够明显区分正常波形与异常波形。采用该方法能及时反映变流器健康状态，可以有效避免由于IGBT故障而导致电力电子系统关闭或损坏的情况。     

风电变流器电网不平衡优化控制策略

处于薄弱电网中的风电变流器,时常要面临电网电压瞬变、谐波和不平衡等恶劣状况,而电网不平衡为其中最常见的一种。针对不平衡电网电压时风电变流器网侧存在的电流畸变、有功功率振荡及由其导致的直流母线电压脉动和电流不平衡问题,在分析其产生原因的基础上,结合变流器的输出能力特性和电能质量的要求提出一种轻度不平衡下消除有功功率振荡、深度不平衡下维持网侧电流平衡的自适应优化控制策略。通过在正序d,q坐标系比例积分(PI)调节的基础上并联多谐振控制器的方法来确保电流的跟踪效果。平台实验验证了控制策略的有效性和优势。     

观测数据分析中几种方法的探讨（一）回归-时间序列模型和贝叶斯预测模型

首先，叙述用回归分析与随机时间序列技术的组合方法来处理大坝的监 测数据。通常，回归分析后的残差序列并不满足白噪声假设，这个理论缺陷在一定程度上降 低了监测的可靠性和预测的正确性。为此，采用鲍克斯-詹金斯 方法对残差序列进行再处理。按照上述组合方法求得的计算数据能更好地吻合实测数据，最 终的误差序列能符合白噪声特性，并使拟合和预测的正确程度有了较大改善。然后，利用贝 叶斯动态模型分析监测资料。采用贝叶斯模型时，由于状态参数（相当于回归系数）能及时 调整跟踪，故所得的结果比常规回归分析的结果有更高的精度，计算