基于定子电流法的绕线转子无刷双馈发电机偏心故障研究

绕线转子无刷双馈电机在船舶轴带发电以及风力发电等领域中具有良好的应用前景。转子偏心是一种常见的机械故障,威胁着现代化工业体系的稳定运转,因此实现其状态检测和故障诊断非常关键。由于无刷双馈电机具有特殊的定、转子绕组结构以及复杂的气隙磁场,因此传统的故障检测方法无法直接用于该类电机。该文通过定子电流法提取了功率绕组电流的特征频率分量作为故障指标,实现对静偏心、动偏心以及混合偏心的无创诊断。建立故障电机的时步有限元模型,并通过详细的故障机理分析,得出不同类型的偏心故障可能导致的特征频率信号。最后,以一台2/4对极无刷双馈电机为例,并通过有限元仿真、样机试验验证解析法的结论,为绕线转子无刷双馈电机偏心故障的精准检测提供了理论依据。

基于Kriging代理模型的无刷双馈发电机转子优化设计

无刷双馈发电机由于其自身没有电刷、滑环等结构特点,因此被认为是最有希望成为风力发电系统的主流发电机之一。无刷双馈发电机是依靠转子的磁场调制机理实现机电能量转换,其转子的耦合能力是影响电机性能的重要因素。因此本文提出了一种串联笼条辅助磁障转子的新型转子结构,分析了该种转子不同结构参数对电机性能的影响,并提出一种基于Kriging代理模型的多目标差分进化算法的无刷双馈发电机转子优化设计方法。首先建立该种新型转子的参数化模型,通过Kriging代理模型建立优化变量与优化目标之间的响应关系,再利用多目标差分进化算法找到最优的变量组合,最后通过有限元仿真对电机的性能进行分析。

变速抽蓄用双馈发电电动机速度传感器故障容错控制

变速抽蓄机组作为重要调节电源,在系统功率平衡、频率调节方面发挥重要作用,同时变速抽蓄机组双馈发电电动机运行可靠性越来越受到人们的重视。因此,本文提出了应对双馈发电电动机速度传感器故障的容错控制策略,以增强变速抽蓄机组的运行可靠性。该策略利用定子磁链模型参考自适应估算转速,并与光码盘实测转速相比较,而后通过滞环、SR触发器构成速度传感器故障检测与隔离,完成速度传感器故障情形下双馈发电电动机转速信号的主动切换,保障双馈发电电动机不间断运行。最后,通过MATLAB仿真,验证所提容错控制策略的有效性。

工业用双馈发电机的无功功率控制方法

将无功功率注入工业用双馈发电机时,易出现电压不对称的现象,导致电压及电流发生波动。为了解决上述问题,提出一种新的工业用双馈发电机无功功率控制方法。计算发电机机端正序电压矢量和负序电压矢量的幅值,求出正序无功功率和定子侧无功功率,根据计算结果进行无功功率分配。分析波动状态计算定子电流,并获取三相电压峰值两端极值的函数幅值关系,实现无功功率的控制。实验结果表明,研究的无功功率控制方法四次工作电流峰值均为4800 A,能够很好解决电压和电流波动问题。

绕线转子无刷双馈发电机的计算机辅助设计系统

本文为了准确且快速分析计算无刷双馈发电机的稳态性能,基于传统三相电机的电磁设计程序和无刷双馈电机的等效电路,开发了采用C语言软件的绕线式无刷双馈电机计算机辅助设计系统。此系统可以计算在不同转速和控制电压下的电机性能。通过对实验数据和计算结果进行对比,证明了此设计系统计算结果的准确性,为绕线转子无刷双馈电机的计算机设计提供了高效便利方法。

浅谈双馈发电机转子引出线结构优化改进

双馈发电机属于风力发电机组中常用的发电设备,在满发情况下其定子和转子能够同时对电网进行发电,因此在风力发电机组中得到了广泛应用。但是,就其现状来看,双馈发电机转子引出线结构仍然存在着一些问题。基于此,本文在分析双馈发电机转子引出线结构设计潜在问题的基础上,进一步探究双馈发电机转子引出线结构优化改进方案,以期提高双馈发电机的应用效果。

某风电场双馈发电机转子中心环及L形引线断裂分析与处理

某风电场一1.5 MW风电机组双馈异步发电机转子中心环及L形引线故障出现故障,通过将发电机本体拆解,逐一检测绕组、保护、集电环、转子、定子等各组成部分,确认发电机故障原因为转子中心环或L形引线折弯处的结构设计与生产工艺问题导致个别部件在弯曲部位产生了肉眼不可见裂纹,在机组长期运行的情况下,中心环受到转子旋转离心力及频繁启停造成的剪切应力,折弯结构处的裂纹扩大引起L形引线载流量能力下降最终熔断。针对事故原因和现场实际情况,对该型号发电机转子中心环及L形引线技术改造进行研究,该方案对其他老旧风电机组故障分析及处理提供借鉴。

不平衡电压下双笼转子无刷双馈发电机的多目标控制

该文以双笼转子无刷双馈感应发电机为主要研究对象。为了解决不平衡电网电压带来的功率绕组(power winding,PW)定子绕组功率脉动和电流不平衡的问题,设计了简化矢量控制策略,对PW侧谐波功率和负序电流进行抑制。此外,通过建立控制绕组(control winding,CW)电流统一表达式,对各个控制目标之间的关系进行了数学推导和理论分析。在此基础上,建立了PW电流不平衡度约束条件下,针对PW有功功率脉动幅值和无功功率脉动幅值的多目标控制数学模型。并采用粒子群算法进行求解,对CW统一电流表达式中的系数进行优化,计算CW参考电流值从而实现多目标控制。最后在双笼转子无刷双馈感应发电机实验平台上,对所提出的控制策略的有效性和理论推导的正确性进行了验证。

弱电网下双馈发电机输入导纳建模及稳定性分析

弱电网条件下双馈风电机组控制系统与电网的交互影响目前得到了广泛的关注,传统的双馈电机变流器控制系统设计中并没有考虑电网阻抗的影响,因此该文采用阻抗分析方法分析了双馈风电变流器控制系统特性对双馈发电机并网稳定性的影响。首次在同步旋转坐标系下建立了考虑锁相环影响的双馈发电机输入导纳模型,建模过程中同时考虑了双馈发电机的电磁暂态特性和转子电流环控制器的影响。在此基础上,详细分析了锁相环和电流环控制器参数变化对双馈发电机输入导纳矩阵的影响。在所建模型的基础上对弱电网连接情况下的双馈发电机稳定性进行分析,利用广义奈圭斯特稳定判据分析电流环以及锁相环PI参数对于系统稳定性的影响,仿真结果验证了所建立模型和理论分析的正确性。

并网双馈发电机电网电压定向励磁控制的研究

在分析并网双馈发电机传统矢量控制策略的基础上,提出了一种基于电网电压定向的励磁控制策略。该控制策略仅需要定子侧电流、电网电压和转子位置角信号,避免了矢量控制系统中对定、转子量测量精度、实时性和一致性的严格要求,使控制系统得到了简化。利用该文提出的控制策略对双馈发电机有功、无功和转速稳态调节特性及机端三相对地突然短路的过渡过程进行了仿真研究,结果表明该控制策略能实现双馈发电机有功、无功和转速的解耦控制及短路故障切除后其有功、无功和转速都能回到原来的设定值稳定运行。

双馈发电机简化动态模型及在风电系统中应用

从电机基本原理出发,在定子旋转磁场坐标下,建立了由转子励磁电压双轴分量及发电机输入的机械转矩为控制变量的双馈发电机简化3阶动态模型。该模型简洁、明确、能较准确地描述发电机动态特性,易于数字仿真的实现。同时,根据所建模型及Matlab软件,详细比较了双馈发电机精确模型和简化模型在发电机运行状态发生改变后的各个物理量的响应特性。比较结果充分说明了该简化模型有良好的精确度,能很好的代替精确模型应用在转速变化范围较大,发电机功率因数较高的双馈发电机的建模和相关研究中,例如风力发电中变速恒频风电机组建模及并网运行的研究。

电网对称故障下基于active crowbar双馈发电机控制

随着风力发电规模和风电机组单机容量不断增大,要求大型风电机组具有低电压穿越能力,因此需要研究三相对称故障下双馈风力发电机控制方法。在电网电压突然跌落时,由于双馈发电机中的电磁耦合关系,在定转子中感应出过电压过电流,为保护转子侧变换器,需要通过crowbar来短路双馈发电机的转子。针对传统的passive crowbar的不足,采用active crowbar电路的控制方法。当电网故障造成双馈发电机转子过流时,开启active crowbar电路来旁路转子侧变换器。当转子电流下降到一定程度时断开crowbar,转子侧变换器恢复工作,此时双馈电机可以向电网同时提供有功无功支持。理论分析的基础上进行了仿真研究。仿真结果证实了采用active crowbar可以有效地实现双馈风力发电机的低电压穿越。

基于开关频率函数的双馈发电机转子励磁I-PI双电流环参数整定

针对双馈发电机(DFIG)转子励磁变流器定子磁链定向的矢量控制方式,对双馈发电机的定、转子双电流环传递函数进行分析。为确保定子电流环及转子电流环的动、静态调节性能,提高风能利用率,降低电网输入电流谐波含量,采用Pade′等效法对变流器的滞后环节进行了近似描述,并依据电流内环的频带特性对其进行了简化,提出了一种基于变流器开关频率函数的I-PI双电流环参数整定方法。推导得出了变流器双电流环参数整定函数,并研究了采用I-PI双电流环的内、外环电流调节器性能。该参数整定方法物理意义明确,易于系统实现。最后,利用Matlab/Simulink仿真,验证了所提方法的有效性和正确性。

不平衡电网电压下双馈发电机多目标模型预测控制

电网电压不平衡时,双馈感应发电机定、转子电流也会出现较大不平衡,使发电机有功功率、无功功率和电磁转矩发生振荡,危害机组运行。鉴于模型预测控制在大功率变流器中的优越性和多目标约束能力,基于有限集模型预测控制策略对电网电压不对称故障下的双馈发电机多目标控制进行研究。在两相静止坐标系上对双馈发电机建模,并建立其预测方程,以抑制不平衡故障下双馈发电机输出有功功率脉动、无功功率脉动和转矩脉动为目标,提出一种双馈发电机多目标控制策略,增强双馈发电机不平衡故障下稳定运行的能力,同时避免复杂的坐标变换和转子电流指令值计算。在理论分析的基础上,建立11kW的双馈发电机实验平台,通过仿真和实验结果验证该控制策略的有效性。

无刷双馈发电机双向变换器内模—前馈复合控制方案

双向变换器具有功率双向流动、功率因数可调等优点,常作为双馈型风力发电机的励磁系统,当机侧的工作状况突变时,会引起直流侧电压较大的波动。为在稳定直流母线电压的前提下减少交—直—交变换器中电容容量,提出了内模解耦控制和负载功率前馈控制的复合控制方案,使前馈补偿量能抵消负载干扰量。分析和比较了小信号模型,在MATLAB/Simulink环境下建立无刷双馈发电机的仿真系统,仿真分析结果表明复合控制策略快速地实现了直流电压的稳定,极大改善了直流母线电压的控制效果,验证了控制方案的有效性和可行性。

双馈发电机最大风能捕获和转换策略的仿真

为了最大限度地利用风能,提高风力发电系统的效率,提出了一种既可实现双馈发电机系统低于额定风速下的最大风能捕获又可使得电机铜耗最小化运行的优化控制策略。在分析风力机特性和双馈发电机基本电磁关系的基础上,推导了双馈发电机实现最大风能捕获和转换的定子有功功率和无功功率的数学模型,并应用基于动态同步轴系下的双馈发电机励磁控制策略实现了系统的最优控制。利用Matlab/Simulink对不同风速下双馈发电机系统的运行性能进行了分析和比较,结果验证了该控制策略的正确性和可行性。

绕线转子无刷双馈发电机电磁设计特点及其性能分析

本文从分析无刷双馈电机的基本运行原理出发,并以无刷双馈发电机的等效电路为依托,提出了无刷双馈发电机的基本设计思想,并给出了进行电磁计算的算法流程。在进行电机的参数计算时,针对特殊设计的绕线型转子漏感,提出了采用逐槽累加计算槽漏感和利用谐波分析计算谐波漏感的新方法。最后,以一种4/8极无刷双馈发电机为例并利用Vc++6.0编制的电磁计算程序计算电机相关性能数据,并从理论和实验的角度加以分析。

700kW船用轴带无刷双馈发电机的设计与测试

无刷双馈发电机转子绕组谐波含量大,导致发电机损耗大、效率低,制约了其工业应用。为解决此问题,运用绕组齿谐波原理和正弦绕组理论,提出一种采用多节距不等匝多层线圈设计转子绕组的无刷双馈发电机,并结合设计实例进行了详细分析。这种新结构能有效提高转子绕组的导体利用率,并减少除了两种主要极对数之外的其他谐波含量。通过有限元建模仿真和样机实验验证了结构设计的正确性。样机实验结果表明,所提出的多节距不等匝多层线圈转子结构的无刷双馈发电机具有良好的性能指标。

基于自抗扰控制的双馈发电机无速度传感器控制

针对传统PID技术难以实现高精度控制,引入自抗扰控制技术,应用气隙磁链定向的矢量控制原理,建立基于变速恒频双馈发电机的转子电流自抗扰控制模型。采用扩张状态观测器对电压方程中的耦合项和气隙磁链等扰动项进行观测并加以补偿,提高了系统的跟踪性能;并用含转子角转速的观测估计值算出转子角转速,实现了无速度传感器控制。通过Matlab/Simulink仿真验证了无速度传感器控制的有效性,并表明自抗扰控制系统在风速变化时有比PID控制更小的超调量和更快的响应速度,对电网电压的波动有较好的抑制能力。

64kW双正弦结构无刷双馈发电机的设计与测试

将正弦结构引入到基于齿谐波原理的无刷双馈电机转子绕组的设计中来,这一绕组设计方式克服了传统无刷双馈电机的导体利用率低、谐波磁动势含量大的缺陷。该文对转子绕组双正弦结构的无刷双馈电机的绕组设计原理、方法以及谐波磁动势计算进行了详细的分析,并以一台64 kW样机为例说明双正弦转子结构的设计方法。围绕样机在功率绕组带恒定负载时电机的各有功功率曲线和电机的效率、电机温升、恒定转速下功率绕组带载时输出电压的波形,以及无刷双馈发电系统的动态特性进行样机试验。试验结果表明,采用双正弦方法设计的绕线式无刷发电机具有优良的性能。