風電產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,對風力發(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)式風力發(fā)電系統(tǒng)省去了升速齒輪箱,有效地提高了風電系統(tǒng)的可靠性與安全性,降低了維護成本,已成為如今風力發(fā)電技術的重要模式。而作為電網(wǎng)與電機接口的變流器既是風電系統(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)式風力發(fā)電系統(tǒng)的變流器狀態(tài)監(jiān)測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）開路故障診斷方法展開研究,主要進行了以下幾方面的工作:（1）在永磁直驅(qū)風力發(fā)電系統(tǒng)變流器的基礎上,深入討論IGBT開路故障對永磁同步電機定子及變流器電流的影響,設計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在于對dq坐標系中電流的準確獲取,從而準確獲取abc三相電流。因此,以機側(cè)變流器故障為出發(fā)點,根據(jù)永磁同步電機的數(shù)學模型設計龍伯格觀測器。搭建永磁直驅(qū)風力發(fā)電系統(tǒng)模型模擬各故障類型,驗證算法的可行性。（3）由于龍伯格觀測器在風的隨機性、負荷變化以及其他隨機過程等干擾工況下,其觀... 

【文章來源】：重慶大學重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

016~2021年風力發(fā)電裝機預測

① 半導體故障如圖 1.2（a）所示，風電變流器故障有 34％源于半導體和焊接故障，26％源于印刷電路板故障[6]。而文獻[7]中的研究表明風電變流器故障約 38％是由電力電子引起和 53％控制電路導致的，如圖 1.2（b）所示。由于門控制電路中的故障通常導致開關斷路故障，因此將導致很大比例的功率開關故障。根據(jù)制造商提供的用戶手冊可知，風力發(fā)電系統(tǒng)中的變流器采用的主要功率半導體包括絲焊的 IGBT模塊，壓裝 IGBT 模塊和 IGCT 模塊[8]。對于功率半導體故障而言，最為常見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、短路故障和開路故障。開路和短路故障會對變流器系統(tǒng)造成不可挽回的和不可逆的損壞，雖然 IGBT 短路故障，會導致過電流并且使得驅(qū)動系統(tǒng)立即被關閉。但現(xiàn)已可以通過驅(qū)動模塊集成的保護電路實現(xiàn)監(jiān)控，且 IGBT 可以在 10μs 內(nèi)處理短路電流。然而，開路并不會立即導致系統(tǒng)關機，并且可能在很長一段時間內(nèi)未被發(fā)現(xiàn)，這可能會導致正常的開關過載，進而導致變頻器或其他驅(qū)動組件發(fā)生潛在的次級故障，以及導致波紋輸出。因此，開路成為 IGBT 故障的研究熱點。

PWM 變流器的基礎上進行研究的，在提出故障診斷方法之前，對其變流器的故障進行分析。本文采用永磁直驅(qū)風電系統(tǒng)如圖2.1所示，機側(cè)變流器與網(wǎng)側(cè)變流器背靠背連接。每個變流器包括6個帶有反向并聯(lián)續(xù)流二極管的IGBT。直流鏈路執(zhí)行兩個變流器之間的解耦，并為兩者提供單獨的控制。圖2.1 永磁直驅(qū)式風力發(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，風機將風能轉(zhuǎn)化為機械能，帶動永磁同步發(fā)電機轉(zhuǎn)動，將機械能轉(zhuǎn)化成頻率變化的交流電，然后通過機側(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)，實現(xiàn)變速恒頻[39]。兩個變流器通過相對獨立的控制系統(tǒng)完成各自的功能。機側(cè)變流器的主要功能是調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩或功率，從而實現(xiàn)對風能的最優(yōu)捕獲；網(wǎng)側(cè)變流器的主要功能是實現(xiàn)機側(cè)能量傳遞，保持直流母線電壓穩(wěn)定，控制動態(tài)

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于極大似然估計的新息自適應濾波算法[J]. 張玉龍,王茁,楊巍.  傳感器與微系統(tǒng). 2018(01)
[2]變流器故障特征提取與維數(shù)約簡方法研究[J]. 梁金平,董唯光,毛向德.  計算機工程. 2015(12)
[3]基于狀態(tài)觀測器的雙饋風電機組變流器開關管開路故障檢測[J]. 毛永梅,彭濤,韓華,趙帥,李哲君.  計算機輔助工程. 2015(03)
[4]變流器故障診斷技術綜述[J]. 王智弘,李東輝.  大功率變流技術. 2014(05)
[5]變流器開路故障下永磁直驅(qū)風電系統(tǒng)運行分析[J]. 黃科元,劉靜佳,黃守道,廖武,易韻嵐.  電力系統(tǒng)自動化. 2014(14)
[6]卡爾曼濾波理論在電力系統(tǒng)中的應用綜述[J]. 李江,王義偉,魏超,張鵬.  電力系統(tǒng)保護與控制. 2014(06)
[7]基于Sage-Husa的線性自適應平方根卡爾曼濾波算法[J]. 周勇,張玉峰,張超,張舉中.  西北工業(yè)大學學報. 2013(01)
[8]基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡的風電變流器故障診斷系統(tǒng)[J]. 褚召偉,李春茂,何登,嚴肅.  電氣技術. 2012(09)
[9]改進強跟蹤濾波算法及其在汽車狀態(tài)估計中的應用[J]. 周聰,肖建.  自動化學報. 2012(09)
[10]基于新息協(xié)方差的自適應漸消卡爾曼濾波器[J]. 徐定杰,賀瑞,沈鋒,蓋猛.  系統(tǒng)工程與電子技術. 2011(12)

博士論文
[1]基于卡爾曼濾波算法的感應電機無傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制技術研究[D]. 張金良.華南理工大學 2016

碩士論文
[1]基于自適應強跟蹤濾波器的電網(wǎng)基波頻率跟蹤研究[D]. 楊夢臣.哈爾濱理工大學 2016
[2]基于狀態(tài)觀測器的LCL型三相PWM整流器控制系統(tǒng)研究[D]. 鐘瑞龍.華中科技大學 2015
[3]基于憶阻神經(jīng)網(wǎng)絡的風電變流器故障診斷[D]. 王訓.天津理工大學 2015
[4]基于先驗模型的流量矩陣估計新方法研究[D]. 龍利雄.電子科技大學 2013
[5]基于知識庫的變流器故障診斷研究[D]. 陳昭宇.上海交通大學 2013
[6]風電變流器監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)與故障診斷研究[D]. 郭抒.東華大學 2013
[7]風電變流器主電路故障診斷監(jiān)測系統(tǒng)研究[D]. 褚召偉.西南交通大學 2012
[8]基于Matlab/Simulink的直驅(qū)式永磁風力發(fā)電系統(tǒng)的建模與仿真[D]. 常波.南京理工大學 2012
[9]3MW風電系統(tǒng)變流器裝置的故障診斷[D]. 肖竹.沈陽工業(yè)大學 2011
[10]雙饋風電變流器的控制與開路故障診斷研究[D]. 榮先亮.重慶大學 2010



本文編號：3141429