双馈风力发电机的调频策略及机组定子故障下的弱电网稳定性研究EI北大核心CSCD

双馈风力发电的高渗透率降低了电网的等效惯性和一次调频能力,这一问题对于弱电网而言愈发突出。因此,在惯性降低的弱电网下,双馈风力发电机（doubly-fed induction generator,DFIG）频率的自动调整成为其控制系统重要目标之一。定子绕组匝间短路（stator winding inter-turn short circuit,SWITSC）是双馈风机的一种典型故障,直接影响机组的安全、稳定运行。但是,计及SWITSC故障的DFIG机组的调频策略与弱电网稳定性分析尚未见诸报道。为此,在计及SWITSC故障的DFIG机组模型上附加频率惯性控制和下垂控制,依据旋转质块的动态特性建立SWITSC故障下DFIG机组、弱电网的小信号模型,通过特征值分析揭示了两种频率控制策略及SWITSC故障本身对弱电网频率稳定性的影响,并对弱电网模式切换和负荷突变进行了敏感性研究,最后利用仿真验证了理论分析的正确性。     

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。     

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。     

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。     

基于EEMD-HHT的双馈感应发电机定子匝间短路故障研究

采用多回路理论构建电路模型,通过MATLAB进行不同故障的仿真,经分析得出定子匝间短路电流的谐波特性以及电压不平衡故障电流的谐波情况,对比可知二者谐波特性相类似,难以通过故障电流区分两种故障。用EEMD-HHT方法分析处理故障电流后,两种故障所得的现象不同,由此很好地区分了这两种故障情况,在定子匝间短路故障的诊断中,排除了电压不平衡故障的干扰,同时该方法还能得出电机故障的发生时刻,可以为定子匝间短路故障检测提供更加可靠的保障。     

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。     

基于磁场变化的双馈异步风力发电机定子绕组匝间短路故障仿真分析

基于电机定子绕组发生匝间短路故障时阻抗参数的变化,根据匝间短路故障程度与定子阻抗参数之间的关系,基于有限元方法,提出了一种电机定子绕组匝间短路故障建模方法,该模型可以用于分析电机匝间短路故障研究。运用有限元分析软件对电机在正常运行和不同程度故障情况下的内部磁场进行了模拟,验证了运用有限元法进行电机内部故障仿真分析的可行性。     

SWITSC的双馈发电机暂态特性及高电压穿越控制策略研究

目前,常规双馈感应风力发电机(DFIG)的低电压穿越问题受到了广泛关注,但DFIG的高电压穿越(HVRT)问题研究甚少;且在发生定子绕组匝间短路(SWITSC)故障时,DFIG机组的HVRT问题鲜有研究.在分析SWITSC故障下的电磁特性和HVRT时的暂态特性基础上,提出一种撬棒电路和直流斩波电路相结合的HVRT控制策...     

电网对称故障时双馈感应发电机不脱网运行的励磁控制策略

提出了一种电网对称故障时保持双馈感应风力发电机不脱网运行的新型励磁控制策略。在导出的发电机基本电磁关系的基础上，分析了电网对称故障时发电机的暂态物理过程。为保证故障期间双馈感应发电机转子侧变频器安全运行，新的励磁控制策略针对故障过程中发电机内部电磁变量的暂态特点，控制发电机漏磁链以抵消定子磁链中的暂态直流分量对转子侧的影响。与此同时，利用定子侧电阻对发电机进行灭磁。研究中建立了30kW双馈感应发电机励磁控制实验系统及计算机时域仿真模型。实验证明所提出的励磁控制策略效果显著，同时也检验了仿真模型的精确性。     

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。     

基于Duffing系统与APES算法的DFIG定子匝间故障检测新方法

简要介绍了Duffing振子信号检测和幅度相位估计(APES)算法的原理,提出将Duffing振子信号检测与APES算法相结合的双馈感应风力发电机(DFIG)定子匝间故障检测新方法。利用Duffing振子参数敏感性及对背景噪声的强免疫性,根据相轨迹图变化判断是否存在待测故障特征,在此基础上结合APES算法确定故障特征的振幅,弥补了Duffing振子无法提供准确幅值的不足。仿真结果证明了所提方法的实用性和有效性。     

定子匝间故障的双馈风力发电机组的建模与低电压穿越分析

基于多回路理论,建立了双馈感应发电机DFIG(Doubly-Fed Induction Generator)在定子绕组匝间短路SWITSC(Stator Winding Inter-Turn Short Circuit)故障情况下的数学模型,并在MATLAB/Simulink环境下搭建了仿真模型,基于MATLAB/Simulink的仿真例程证明了该模型的正确性。进而,对比分析了正常DFIG、带有SWITSC故障的DFIG在外部电网电压骤降情况下的动态响应,得出结论:在SWITSC故障情况下,DFIG的有功功率降低、转速下降、在电网电压骤降时向电网提供无功功率支撑的能力下降、自身稳定性降低;并且,上述后果随SWITSC故障严重程度以及电网电压骤降程度的增加而愈发明显。结论为双馈风力发电机组在SWITSC故障情况下的低电压穿越分析提供了理论支撑。     

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。     

异步电动机定子故障检测新算法

为了提高异步电动机定子故障检测的可靠性,提出了计及转子故障时的异步电动机定子故障检测新算法.进行了定子绕组匝间短路与转子断条故障瞬态仿真并对仿真结果做了分析,指出:转子故障将导致定子电流出现(1±2 s)f1频率分量(s为转差率,f1^为供电频率),并使常规的定子电流负序分量算法准确性降低,而定子电流负序分量恰恰是定子故障特征量之一,因此转子故障将影响定子故障检测的可靠性,甚至导致故障误判.提出了计及转子故障时的定子故障检测新算法,其关键在于:预先采用频谱分析与校正、自适应滤波技术滤除来源于转子故障的定子电流(1±2s)f1频率分量.大量仿真与实验结果表明,该算法在转子正常或故障2种情况下均可准确计算定子电流负序分量.     

双馈型风电机组网侧换流器无功功率调节控制策略

全面分析了双馈型风电机组网侧换流器在正常工作和故障情况下的无功调节能力,提出了相应的网侧换流器无功控制策略来充分利用其无功调节能力以改善风电场的并网能力.采用DigSILENT/PowerFactory 14.0,搭建详细的双馈型风电机组模型,并接入等效弱电网.仿真结果验证了提出控制策略的有效性:正常工作情况下,网侧换...     

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。     

带有电流控制电压型逆变器的新型双绕组异步发电机的电压控制

带有电流控制电压型逆变器的新型双绕组异步发电机不仅克服了传统异步发电机电压随负载变化的缺点,而且提高了系统的电磁兼容性。其控制系统由两个PI电压控制器和一个滞环电流控制器组成。为了对其电压控制性能和调节速度进行研究,本文建立了计及磁路饱和的双绕组异步发电机及其控制系统的数学模型。对负载、转速突然变化等动态过程中电压控制性能进行了仿真研究。结果表明,该系统具有较好的电压控制性能和响应速度。     

提高DFIG低电压穿越性能的转子Crowbar自适应切除控制方法

针对Crowbar传统控制策略的不足,推导了双馈风力发电机(DFIG)在系统发生三相短路且转子Crowbar电路切除后的转子电流表达式,并提出了一种转子Crowbar自适应切除控制策略。假设当前时刻切除Crowbar,实时计算将出现的转子电流最大值,并在该最大值小于Crowbar动作阈值时将Crowbar切除,保证以Crowbar不会反复投切为前提尽早切除Crowbar,达到从系统少吸收无功和延长Crowbar开关器件使用寿命的目的。通过MATLAB/Simulink仿真验证了所提控制方法的有效性。