永磁直驅(qū)式風(fēng)電變流器故障的容錯(cuò)控制.pdf

1、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)作為最成熟、最具開發(fā)潛力的可再生能源利用技術(shù)，已經(jīng)受到了全球的矚目，而現(xiàn)有的風(fēng)電機(jī)組控制策略僅局限于正常情況下的運(yùn)行，但環(huán)境多變、故障率高才是實(shí)際機(jī)組的現(xiàn)實(shí)狀況。隨著并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)容量的快速增加，如何提高風(fēng)電機(jī)組的可靠性已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。
　　目前永磁直驅(qū)式同步發(fā)電機(jī)以其獨(dú)特的優(yōu)勢成為風(fēng)力發(fā)電中最有前途的機(jī)型，它省去了傳統(tǒng)雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中故障率較高的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，同時(shí)采用背靠背式的全功率變流器，機(jī)組發(fā)出的

2、電能全部通過變流器傳送到電網(wǎng)，變流器作為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的核心部件和脆弱環(huán)節(jié)，也是故障率最高的器件。為了使系統(tǒng)在變流器電力電子器件出現(xiàn)故障的情況下能夠不間斷運(yùn)行，亟需研究變流器的故障診斷和容錯(cuò)控制技術(shù)。
　　本文首先介紹永磁直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并對永磁同步發(fā)電機(jī)、PWM變流器的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行詳細(xì)的推導(dǎo)，在此基礎(chǔ)上，介紹一種常用的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制策略，為后續(xù)章節(jié)奠定理論基礎(chǔ)。
　　其次，從變流器故障后的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)入

3、手，對交流器開路故障狀態(tài)下的運(yùn)行機(jī)理進(jìn)行理論分析，并結(jié)合Simulink仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出變流器故障后系統(tǒng)運(yùn)行特性的變化特征。為了克服傳統(tǒng)故障診斷方法計(jì)算復(fù)雜、易受干擾影響的缺點(diǎn)，對比正常運(yùn)行、故障運(yùn)行及發(fā)生干擾三種情況下系統(tǒng)的運(yùn)行特性，總結(jié)出系統(tǒng)特性參數(shù)故障后特有的變化規(guī)律。據(jù)此，選擇系統(tǒng)機(jī)側(cè)和網(wǎng)側(cè)電流作為診斷故障的參數(shù)，由電流Park矢量相位角斜率的變化檢測故障的發(fā)生，并依據(jù)故障后機(jī)側(cè)平均電流的Park矢量相位角所在區(qū)間和網(wǎng)側(cè)各相

4、電流值的正負(fù)確定故障器件所在位置。此外，構(gòu)建了故障診斷系統(tǒng)的仿真模型，并搭建了故障診斷系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺，用仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該故障診斷方法的可靠性和快速性。
　　最后，深入分析了三相四開關(guān)SVPWM的原理及算法，并詳細(xì)推導(dǎo)了直流母線電容電壓不平衡時(shí)的SVPWM計(jì)算公式。設(shè)計(jì)了無冗余的容錯(cuò)控制系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略，變流器發(fā)生故障后及時(shí)切除故障器件，通過容錯(cuò)重構(gòu)將變流器切換為三相四開關(guān)模式。然后搭建了容錯(cuò)變流器的Simulink仿真模型