風電變流器的開路故障診斷
榮先無，姚鵬，段其昌（1上海電器科學研究所（集團）有限公司，上海200063；2重慶大學自動化學院，重慶400044）
摘要：分析了功率開關開路故障對雙饋風力發電機的電流和其他變量的影響，提出了一種基于電流信號平均值的開路故障診斷方法，該方法適用r雙饋風力發電系統艤脈寬捌制( PWMl變流器中單個或兩個功率開關的開路故障診斷。針對診斷系統容易在同步速或同步速附近發生誤報的情況，提出了一種新的誤報抑制策略，即分別在亞同步和超同步速下，通過改變采樣數據存存儲器中的存儲方向來消除因為電流波形在問步速附近的對稱關系引起的洪報。仿真結果表明，該方法不僅能完全消除誤報，而且能陜速準確地診斷出開路故障的位置和類型。
關鍵詞：雙饋風力發電機；雙脈寬調制變流器；開路故障診斷
中圖分類號：TM4文獻標識碼：A文章編號：1673-6540( 2009) 12-0047-05
0 引 言
風力發電系統的可靠性研究是當前風力發電領域的熱門課題，在雙饋風力發電系統中，雙脈寬調制(PWM)變流器（見圖1）是最容易發生故障的環節之一【1】，功率開關的短路故障和開路故障是其中比較典型的弱種故障。針對短路故障診斷的研究已非常深入，并且已經有一些標準的保護模塊？對于開路故障診斷的研究，目前也取得了一些基礎性的成果【2-7】。其中，文獻[2]利用電機電流Park向量的平均值來診斷開路故障；在文獻[3]中控制偏差法被用于診斷系統的開路故障；文獻[4]提出利用線電流的直流分量來分析開路故障，此外，文獻[4]還通過DFT計算出線電流的一階諧波系數，以獲得不依賴實際負載的診斷變量；文獻[5，6]對文獻[2-4]提出的方法進行了分析和對比，產生誤報是這些方法的共同映點；文獻[7]根據上述方法，提出了針對風電系統的兩種開路故障診斷方法。這兩種方法的開路故障診斷
速度較快，但同樣也存在在外部影響或轉子電流頻率為零附近時發生誤報的問題，并且轉子在同步速時運行的時間越長，誤報的時間就越長，上述診斷方法一般通過加入死區時間或采用相應的故障抑制算法來消除一些時間比較短的誤報【7】，但是都不能從根本上解決誤報問題。
針對七述問題，本文首先討論了開路故障對系統其他狀態變量的影響，在總結已有方法的基礎上，提出一種適用于雙饋風力發電系統的開路故障診斷方法，這種方法可以完全消除由于系統外部環境影響以及在同步速附近時發生的誤報問題，并通過仿真對該方法進行了驗證。
l 開路故障對雙饋風電系統的影響
雙PWM變流器是由兩個電壓源逆變器背靠背連接在一起的，也叫背靠背變流器，在雙饋風電系統中，功率可在雙PWM變流器中雙向流動。亞同步速時，來自電網的電功翠經受流器流向雙饋風力發電機( DFIC)的轉子；超同步速時，來自風力機的轉差功率經變流器流向電網，在變流器傳輸功率較低時，變流器功率開關的開路故障是一種短時間內不會導致系統崩潰的故障，但是如果長時間帶這種故障運行，將會使系統部件產生不可逆的損壞，圖2顯示了功率開關T1發生開路故障時一些系統變量的變化。總的來說，開路故障對雙饋風電系統的影響主要表現在以下幾個方面：(1)造成DFIG的電磁轉矩產生較大脈動，進而導致電機轉子的波動，如果長時間帶故障運行，則有可能導致電機轉子和與其同軸的齒輪箱在交
變應力作用下發生疲勞損壞；(2)輸往電網的有、無功功率發生波動，且造成電網諧波污染；(3)降低電容的使用壽命；(4)輸出功率較大時，容易導致變流器其他正常工作的功率開關過流。
在雙PWM變流器中，網側變流器的主要功能是保證直流側電壓幅值恒定，同時還具有調節網側無功功率的作用，轉子側變流器的主要作用是調節和解耦輸出的有、無功功率，并保證系統在不同風速下，執行不同的工作模式，其具有的功能更多，相對于網側變流器，轉子側變流器的開路故障對電機、電網和風力機的影響更大，本文著重討論轉子側的開路故障。
2開路故障的診斷分析
功率開關的開路故障會導致相應的變流器橋臂無法導流，各輸入、輸出相電流也會因此發生形
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