發(fā)布時(shí)間：2021-04-16 12:29

　　風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中各組成部件裝置的可靠性和穩(wěn)定性提出了更高的要求。由于永磁直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)省去了升速齒輪箱,有效地提高了風(fēng)電系統(tǒng)的可靠性與安全性,降低了維護(hù)成本,已成為如今風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的重要模式。而作為電網(wǎng)與電機(jī)接口的變流器既是風(fēng)電系統(tǒng)的核心部件,也是最脆弱的環(huán)節(jié)。在惡劣的環(huán)境、溫度變化和交變電磁的干擾等因素的影響下,由于其穩(wěn)定性較差,組件和模塊容易發(fā)生故障。因此,永磁直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的變流器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷具有重要意義。本文圍繞變流器絕緣柵雙極性晶體管（IGBT）開(kāi)路故障診斷方法展開(kāi)研究,主要進(jìn)行了以下幾方面的工作:（1）在永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)變流器的基礎(chǔ)上,深入討論IGBT開(kāi)路故障對(duì)永磁同步電機(jī)定子及變流器電流的影響,設(shè)計(jì)基于各相電流的故障診斷框架。（2）本文所采用的故障診斷方法的基礎(chǔ)在于對(duì)dq坐標(biāo)系中電流的準(zhǔn)確獲取,從而準(zhǔn)確獲取abc三相電流。因此,以機(jī)側(cè)變流器故障為出發(fā)點(diǎn),根據(jù)永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)龍伯格觀測(cè)器。搭建永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)模型模擬各故障類型,驗(yàn)證算法的可行性。（3）由于龍伯格觀測(cè)器在風(fēng)的隨機(jī)性、負(fù)荷變化以及其他隨機(jī)過(guò)程等干擾工況下,其觀... 

【文章來(lái)源】：重慶大學(xué)重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：67 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

016~2021年風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)預(yù)測(cè)

① 半導(dǎo)體故障如圖 1.2（a）所示，風(fēng)電變流器故障有 34％源于半導(dǎo)體和焊接故障，26％源于印刷電路板故障[6]。而文獻(xiàn)[7]中的研究表明風(fēng)電變流器故障約 38％是由電力電子引起和 53％控制電路導(dǎo)致的，如圖 1.2（b）所示。由于門控制電路中的故障通常導(dǎo)致開(kāi)關(guān)斷路故障，因此將導(dǎo)致很大比例的功率開(kāi)關(guān)故障。根據(jù)制造商提供的用戶手冊(cè)可知，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的變流器采用的主要功率半導(dǎo)體包括絲焊的 IGBT模塊，壓裝 IGBT 模塊和 IGCT 模塊[8]。對(duì)于功率半導(dǎo)體故障而言，最為常見(jiàn)的是由絕緣柵雙極型晶體管引發(fā)。其故障類型可分為磨損故障、短路故障和開(kāi)路故障。開(kāi)路和短路故障會(huì)對(duì)變流器系統(tǒng)造成不可挽回的和不可逆的損壞，雖然 IGBT 短路故障，會(huì)導(dǎo)致過(guò)電流并且使得驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)立即被關(guān)閉。但現(xiàn)已可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊集成的保護(hù)電路實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，且 IGBT 可以在 10μs 內(nèi)處理短路電流。然而，開(kāi)路并不會(huì)立即導(dǎo)致系統(tǒng)關(guān)機(jī)，并且可能在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)未被發(fā)現(xiàn)，這可能會(huì)導(dǎo)致正常的開(kāi)關(guān)過(guò)載，進(jìn)而導(dǎo)致變頻器或其他驅(qū)動(dòng)組件發(fā)生潛在的次級(jí)故障，以及導(dǎo)致波紋輸出。因此，開(kāi)路成為 IGBT 故障的研究熱點(diǎn)。

PWM 變流器的基礎(chǔ)上進(jìn)行研究的，在提出故障診斷方法之前，對(duì)其變流器的故障進(jìn)行分析。本文采用永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)如圖2.1所示，機(jī)側(cè)變流器與網(wǎng)側(cè)變流器背靠背連接。每個(gè)變流器包括6個(gè)帶有反向并聯(lián)續(xù)流二極管的IGBT。直流鏈路執(zhí)行兩個(gè)變流器之間的解耦，并為兩者提供單獨(dú)的控制。圖2.1 永磁直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.2.1 Diagram of Permanent magnet direct-drive wind power system在圖2.1中，風(fēng)機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，帶動(dòng)永磁同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成頻率變化的交流電，然后通過(guò)機(jī)側(cè)變流器整流為直流電，并由網(wǎng)側(cè)變流器逆變?yōu)轭l率恒定的交流電，最后經(jīng)由變壓器送入電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)變速恒頻[39]。兩個(gè)變流器通過(guò)相對(duì)獨(dú)立的控制系統(tǒng)完成各自的功能。機(jī)側(cè)變流器的主要功能是調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩或功率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)能的最優(yōu)捕獲；網(wǎng)側(cè)變流器的主要功能是實(shí)現(xiàn)機(jī)側(cè)能量傳遞，保持直流母線電壓穩(wěn)定，控制動(dòng)態(tài)

【參考文獻(xiàn)】：
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