双馈风电变流器的控制与开路故障诊断研究

【摘要】： 随着人们对全球气候变暖和能源危机越来越担忧,低碳经济将会成为全球经济今后的重点发展方向,而风能则是发展低碳经济的最佳选择之一。在目前已有的风力发电设备中,双馈风力发电机组应用最为广泛,相对于一台风力发电机组中的发电机和其他机械部件,风电变流器是稳定性相对较差的环节之一,一旦变流器中的任何一个功率开关发生故障,整个风电机组可能会遭受严重损坏或导致停机,因此,风电变流器的状态监测和故障诊断对于提高系统稳定性来说至关重要,此外,为了避免在发生故障后停机,诊断系统应具备能使机组继续稳定运行的重构机制。 本课题主要研究双馈风电变流器的控制、开路故障以及在故障发生后机组的继续运行问题,并且是根据故障发生前后对系统电流信号进行信号处理实现开路故障诊断的,为了模拟功率开关开路故障的发生,利用Matlab/Simulink建立了双馈风电机组的软件仿真平台,并且提出了它的硬件实验方案,其中,网侧变流器使用的是电网电压定向的矢量控制技术,转子侧变流器使用的是定子磁链定向的矢量控制技术,并选择电压空间矢量调制技术(SVPWM)作为双馈风电变流器的调制策略。对整个系统的稳态运行特性进行了仿真,仿真结果说明所提控制方案是正确可行的。同时还分析了风电变流器不同位置功率开关的开路故障对双馈风力发电机组的影响。 目前已有多种可用于诊断通用变频器开路故障的开路故障诊断方法,但是并不适用于双馈风电变流器,因为这些方法在应用到转子侧变流器时容易产生误报,而且通过简单的增加延时并不能被彻底消除,文中对产生误报的原因作了详细的分析,在已有方法的基础上,提出了两种基于电流信号特点的开路故障诊断方法,这两种方法可以诊断出双馈风电变流器的单个或两个功率开关的开路故障,并且可以避免在同步速附近引起的误报,此外,针对开路故障的特点,还提出了一种能在变流器发生开路故障后让系统继续正常运行的重构策略,仿真结果表明所提开路故障诊断方法可以快速准确地诊断出故障发生的类型和位置,同时提出的重构策略可以使风电机组重新恢复正常运行。 【关键词】：双馈风力发电机 风电变流器 矢量控制 开路故障诊断 系统重构
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM46
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-6
• 目录6-8
• 1 引言8-12
• 1.1 发展风力发电技术的背景8
• 1.2 风力发电技术的国内外发展现状8-9
• 1.3 本文的研究意义和动机9-10
• 1.4 本文的主要研究内容10-12
• 2 双馈风力发电机组12-20
• 2.1 风力发电系统的常用拓扑结构12-13
• 2.2 双馈风力发电机的运行原理13-15
• 2.3 双馈风力发电机组的组成15-16
• 2.4 风力机的能量转换16-18
• 2.5 风电机组在不同风速下的控制策略18-19
• 2.6 小结19-20
• 3 双馈风电变流器的矢量控制策略20-38
• 3.1 DFIG 的数学模型20-23
• 3.2 网侧变流器的数学模型23-25
• 3.3 定子磁链估计25-27
• 3.4 空间矢量脉宽调制原理与实现27-33
• 3.5 双馈风电变流器的控制33-36
• 3.5.1 转子侧变流器的控制33-35
• 3.5.2 网侧变流器的控制35-36
• 3.6 小结36-38
• 4 转子侧控制器和网侧控制器的算法设计38-54
• 4.1 电流电压信号的坐标转换38-40
• 4.2 转子侧控制器的算法设计40-41
• 4.3 网侧控制器的算法设计41-43
• 4.4 双馈风电系统仿真43-49
• 4.4.1 双馈风电系统仿真平台的搭建43-44
• 4.4.2 SVPWM 的仿真与验证44-45
• 4.4.3 系统处于稳态运行时的仿真45-48
• 4.4.4 发电机转速穿过同步速时的仿真48-49
• 4.5 双馈风电系统硬件实验平台的搭建49-53
• 4.6 小结53-54
• 5 双馈风电变流器的开路故障诊断与系统重构54-72
• 5.1 开路故障对变流器及DFIG 的影响54-58
• 5.2 双馈风电变流器的开路故障诊断方法58-68
• 5.3 变流器在发生开路故障后的系统重构68-69
• 5.4 开路故障诊断与系统重构的仿真实验69-71
• 5.5 小结71-72
• 6 结论与展望72-74
• 6.1 本文所做工作的总结72
• 6.2 本文的后续工作与展望72-74
• 致谢74-76
• 参考文献76-80
• 附录80-86
• A.作者在攻读学位期间发表的论文80-81
• B. 系统仿真结构图81-84
• C.系统仿真参数84-86

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