双馈异步风力发电机转子匝间短路故障振动特性分析

针对双馈异步风力发电机转子匝间短路的故障振动机理尚不明确且无法为故障诊断提供理论依据的问题,开展了双馈异步风力发电机转子匝间短路故障振动特性分析.首先,结合有限元仿真及解析推导,分析转子匝间短路下双馈异步风力发电机的气隙磁密规律,得到转子所受的不平衡磁拉力;然后,考虑转子不平衡磁拉力的情况下构建双馈异步风力发电机转子-轴承系统非线性动力学模型,利用非线性动力学仿真获取转子匝间短路故障下系统的振动仿真信号;最后,在双馈异步风力发电机故障模拟实验台上进行转子匝间短路故障实验,利用实验分析验证非线性动力学仿真结果的有效性.非线性动力学仿真及实验分析结果均表明,转子匝间短路故障下双馈异步风力发电机转子-轴承系统振动信号的频谱存在转频的谐波成分,通过检测转频的谐波分量可诊断双馈异步风力发电机转子匝间短路故障,有效揭示了双馈异步风力发电机转子匝间短路的故障振动机理.

简谈双馈异步风力发电机变频器运行控制技术

随着风力发电技术的不断发展,风力发电系统性能提升和可靠性增强成了风力发电领域的迫切需求,为满足电力系统的频率和电压稳定性要求,对发电机的运行控制技术提出了更高水平的挑战。双馈异步风力发电机作为一种主流的发电机类型,其中变频器作为双馈异步风力发电机工作的核心控制技术,具备在变化风速下优化能量转换的潜力。文章针对双馈异步风力发电机的工作模式与其构成系统中的变频器功能进行分析,并从技术应用与算法两个角度探讨了双馈异步风力发电机变频器运行控制的具体技术方案,旨在全面提升双馈异步风力发电机的运行控制效率,提高风力发电系统的整体效率,减少对传统能源的依赖,实现更为可持续的能源利用。

双馈异步风力发电机气隙静偏心下电磁转矩特性分析

本文对双馈异步风力发电机气隙静偏心故障下的电磁转矩波动特性进行了综合分析。首先,推导正常和气隙静偏心工况下气隙磁密,然后得到正常和静态气隙偏心条件下电磁转矩的解析表达式,最后,对双馈异步发电机进行有限元计算。有限元计算结果与理论分析基本吻合。结果表明,气隙静偏心故障会使气隙磁密的空间阶次发生改变,但频率成分不会发生变化。此外,电磁转矩各谐波频率成分幅值也增大,其中,485Hz、585Hz和685Hz的高次谐波增幅最为明显。

用于故障电流计算的双馈异步风力发电机等效模型

针对在电网故障电流计算时双馈异步风力发电机(Doubly Fed Induction Generator,DFIG)等效模型不完善、不准确的问题,建立了小扰动和大扰动两种情况下计及电网侧变流器(Grid Side Converter,GSC)电流的故障电流等效模型。首先按照DFIG受到不同程度的扰动建立不同场景下的低电压控制策略;再根据低电压控制策略分别建立小扰动和大扰动两种情况下的DFIG故障电流等效模型,在DFIG受到大扰动时,计及GSC参与低电压穿越的运行过程;最后,对接入配电网的两种DFIG模型进行仿真,仿真结果表明,所建立的等效模型准确度高,计算量小。

浅谈双馈异步风力发电机变频器运行控制技术

在双馈异步风力发电机的运行过程中,变频器的作用不可忽视。变频器可以将风力发电机产生的交流电转换为直流电,并通过逆变器将直流电转换为交流电输出到电网上。在此过程中,变频器控制器对电机的输出电压、频率和电流等参数进行实时调整,保证电网的质量和稳定性。因此,研究和应用双馈异步风力发电机变频器运行控制技术具有重要的现实意义和发展前景。

异步双馈风力发电机组刹车系统事故预防研究

从异步双馈风力发电机组刹车系统火灾发生的主要两个因素着手,结合实际案例,分析了产生火灾的原因,从技术、设备及管理方面,提出解决异常刹车引发火灾的措施和建议,以期为风电机组安全运行和改造提供参考。

双馈异步风力发电机组联网运行建模及其无功静态调节能力研究

受风速变动、电网运行方式变化等诸多因素影响,风电机组接入点电压有时波动很大。双馈异步风电机组通常采用功率因数cos=1的恒定功率因数控制,而没有根据所接入电网运行要求来发挥其自身的无功调控潜能。本文建立了双馈异步风电机组的动态模型,以双馈异步发电机容量为约束条件,导出了双馈异步风电机组在不同风速下的无功功率调控能力,构建了面向接入点电压运行要求的风电机组无功功率调控策略,利用"电力系统综合分析程序"(PSASP)分析了某4.93万kW实际风电场采用所构建的无功控制策略抑制风速变化、电网运行方式变化等对接入点电压扰动的效果,仿真结果验证了所提出控制方法的有效性。

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,定子负序电流的大小随故障严重程度加剧而增加;定子负序电流的大小受发电机负载变化影响很小,有利于轻载状态时定子绕组故障的诊断。

交流励磁变速恒频双馈型异步发电机的稳态功率关系

在交流励磁变速恒频发电应用中,双馈型异步发电机(DFIG)的控制对象是定子有功、无功功率,控制变量是转子电压、电流。采用DFIG等效电路,推导基于DFIG控制对象的转子电压、电流计算方法,将转子电压、电流分解为励磁分量、有功分量及无功分量,揭示了DFIG控制对象与控制变量之间的内在联系;研究定、转子的有功、无功功率关系,重点对不同运行条件下DFIG无功功率特性进行探讨,分析DFIG转子无功功率和定子无功功率以及转差之间的关系。

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。

双馈异步风力发电机并网运行中的几个热点问题

目前我国风电装机容量已跃居世界首位,但因缺乏长期运行经验,在追赶和跳跃式发展中未能预见并网运行中的诸多问题,已成为其发展瓶颈。为满足电网规范要求的电网故障下不脱网运行,必须深入研讨所需控制策略和保护方案。该文以双馈异步风力发电机为对象,综述、分析、讨论其并网运行中,特别是电网故障条件下有效控制中的一些热点问题,如低电压穿越、Crowbar技术、电网故障特别是不对称故障下的不脱网运行控制及与之相关的新型控制器设计等,以期增强弱电网条件下风电机组的并网运行能力。

双馈异步风力发电机无差拍直接功率控制及延时补偿

针对双馈异步风力发电机(DFIG),传统基于开关表的直接功率控制策略(LUT-DPC)存在功率波动较大、开关频率不固定、电流谐波丰富等问题。本文提出一种结构和原理简单的无差拍直接功率控制策略(DB-DPC),将无差拍控制原理与空间矢量脉宽调制(SVM)技术及DPC策略相结合,无需旋转坐标变换,在消除瞬时有功及无功功率静差、减少谐波含量的同时获得了固定的开关频率。采用了"两步预测"方式对实际系统中的采样周期延时进行补偿,进一步提高了系统控制精度及动态响应速度。仿真和实验结果验证了该DB-DPC策略及延时补偿方案在DFIG中应用的正确性和可行性。

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。

双馈异步发电机的不同目标优化控制

在变速恒频风力发电系统中,双馈异步发电机的设计和控制直接关系到系统的经济成本和机组的运行效率。文章从不同控制目标的角度出发,提出全补偿、最小铜损、转子电流最小3种电机优化控制方式。建立不同方式下控制信号的数学模型,指出定、转子有功、无功功率的关系及各种方式控制性能的优缺点和适用场合。最后对1.5MW双馈异步发电机在不同控制方式下的运行特性进行比较,验证了上述关于运行特性分析的正确性。

谐波电网下基于矢量比例积分电流调节器的双馈异步发电机运行控制技术

在分析谐波电网电压下双馈异步发电机(doubly-fedinduction generator,DFIG)数学模型基础上,以电磁转矩及定子输出无功功率无波动为控制目标,给出了DFIG谐波电流指令。为实现谐波电流的准确跟踪,采用基于同步速旋转坐标系下的矢量比例积分(vector proportional integral,VPI)电流调节器,通过与比例积分谐振电流调节器在谐波频率点处的频谱分析与对比,论证了VPI电流调节器对谐波电流的优良控制性能。构建了DFIG实验机组,对所提理论的正确性与可行性进行了实验验证。

双馈异步风力发电机优化预测直接功率控制

提出了一种双馈异步风力发电机(DFIG)的优化预测直接功率控制(P-DPC)策略。讨论了P-DPC的基本原理,分析了常规P-DPC策略中的电压矢量选择原则,其中电压矢量作用时间可能出现负值,并产生较多低次电流谐波,对此研究了优化的电压矢量选择和作用时间处理方法。对优化P-DPC、常规P-DPC、传统基于查询开关表的DPC及矢量控制策略进行了仿真与实验的对比研究,结果证明,优化P-DPC在无需旋转坐标变换和空间矢量脉宽调制情况下实现了固定开关频率,具有良好的稳态性能,同时也继承了传统DPC的优异动态性能,表明了本文所提优化P-DPC方法在DFIG风电系统中应用的可行性和有效性。

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。

基于ANSOFT双馈异步风力发电机定子匝间短路故障性能分析

在双馈异步风力发电机的正常运行中,定子绕组匝间短路是最常见的故障之一,利用有限元法对双馈异步发电机进行分析,并借助有限元分析软件ANSOFT中的Maxwell 2D模块建立了双馈异步发电机的仿真模型,通过电机运行过程中的涡流损耗分析和仿真,得到了减小涡流损耗的方法。对电机正常运行和不同故障程度情况下的内部磁场进行模拟仿真,对故障情况进行分析,故障的严重程度会直接影响故障相的电磁场和磁通,使整个电机的磁场和磁通分布不再对称均匀。

双馈异步发电机定子绕组故障特征量提取方法研究

双馈异步发电机定子绕组发生不对称故障时,会在转子电流信号中引发一定的谐波分量。由于早期故障引起的故障特征信号十分微弱,如何准确提取故障特征量已经成为一个很重要的课题。本文在动模实验室进行了双馈机定子绕组故障模拟实验,获取了正常及定子绕组不对称故障情况下的转子电流信号,然后采用傅里叶变换、小波变换、希尔伯特-黄变换(HHT)三种方法提取其故障特征量,进行灵敏度与可靠性的比较。通过对比可知,希尔伯特-黄变换提取出的故障特征量比傅里叶变换及小波变换的特征量更加敏感、可靠。

电网电压不平衡时基于谐振闭环调节的双馈异步发电机转矩波动抑制策略

不平衡电网电压会引起双馈异步电机(doubly-fed induction generator,DFIG)转矩出现两倍频波动,对风电机组传动轴系部件造成危害,并降低风电机组运行可靠性和寿命。该文提出基于谐振闭环调节的DFIG转矩波动抑制策略,通过在传统转子电流闭环控制策略基础上加入转矩谐振闭环调节器,以实现对两倍频转矩波动的抑制。同时对所提控制策略中谐振调节器的设计进行深入研究,对比了两阶谐振器和降阶谐振器对控制性能的影响,并对控制策略中转矩跟踪特性、电流动态响应以及转矩抗扰动性进行了分析。最后,通过所构建的1.5 k W DFIG实验机组,验证了所提出控制策略的有效性。