定子匝间短路故障下双馈风力发电机组高压穿越性能研究

为了研究定子绕组匝间短路(SWITSC)故障对双馈风力发电机组高压穿越的影响,基于多回路理论建立了计及定子绕组匝间短路故障的双馈感应发电机(DFIG)仿真模型,并在MATLAB/Simulink下建立了其S-函数。依据短路故障回路特性,分别在SWITSC前后建立了DFIG风电机组的ABC坐标系统和dq0坐标系统下的数学模型,并简要分析了SWITSC故障下的电磁特性。对双馈风电机组的高压穿越能力做出分析,分析了风电场电压升高的原因、高压穿越的标准及双馈风机在电网电压骤升下的暂态过程。重点研究了DFIG在SWITSC故障前后高压穿越的仿真结果。结果表明,定子绕组匝间短路故障会严重降低风电场的高压穿越的能力。     

基于FEM的双馈发电机定子匝间短路表征因子研究

为了研究电机定子匝间短路故障时电磁特性的表征,基于Ansys Maxwell建立双馈发电机有限元模型,实现空载、并网和不同程度定子绕组匝间短路故障3种工况的模拟仿真。根据表征量理论计算方程式,基于能量角度定量分析3种工况下的气隙磁密畸变的振动、电流和温度特性。通过对比各表征量优缺点及诊断可行性分析,最终确定电流作为反映定子绕组匝间短路故障时气隙磁场的表征因子,而振动和温度作为故障检测的补充和验证,为发电机故障诊断的信号特征选择提供了理论基础。     

基于信息融合的双馈风机定子匝间短路故障诊断

双馈异步风力发电机在风力市场上所占据的比重越来越大,容量也逐年增大。由于其恶劣的工作环境,使得双馈电机故障频发,其中定、转子匝间短路故障占据很高的比例。根据多回路理论建立了双馈异步电机数学模型,分别模拟了正常情况下以及定子匝间短路时的情况,通过扩展派克矢量变换对定子端电流进行频谱分析和在失电残压的基础上对定子端电压展开分析,最终将得到的特征信息进行故障信息融合诊断。仿真结果表明,将信息融合方法用于电机故障诊断中,提高了其诊断的有效性和准确性。     

基于无功相对偏差的无刷励磁发电机转子绕组匝间短路故障诊断新判据

为了寻找到在线识别无刷励磁同步发电机转子匝间短路故障的新方法,通过对同步发电机发生转子绕组匝间短路后电磁特性和电气参量的变化进行分析,根据故障发生后励磁电流增加而无功输出量却相对减少的特征,提出了利用计算和测量故障前后发电机输出无功相对变化率,作为识别无刷励磁同步发电机转子匝间短路故障严重程度的一个较为实用的方法。利用发电机动态模拟试验机组,进行了相关的试验验证。     

异步电机定子绕组匝间短路故障诊断研究

将负序电流作为异步电机定子绕组匝间短路的故障特征量,在提取时易受谐波、噪声等因素的影响,而频谱分析也较为复杂,故障诊断的可靠性和高效性难以兼顾。为可靠高效地诊断异步电机定子绕组匝间短路,在多次派克变换的基础上,提出故障特征量Izpg以反映故障。首先根据故障后的电机磁场推导出故障后定子中存在的电流频次；然后得到非理想工况下,利用多次派克变换提取故障特征量Izpg的表达式；最后建立故障后异步电机的多回路数学模型,对理想工况和非理想工况下定子不同严重程度的匝间短路进行仿真。分析结果表明,Izpg和故障严重程度正相关且对电压源不平衡这类非理想工况呈现鲁棒性,用Izpg诊断异步电机定子匝间短路具有高灵敏性与高可靠性。     

变频交流发电系统双定子绕组异步发电机短路瞬态分析

航空变频交流电源发电机突然短路是一种常见的故障情况,其瞬变过程值得展开深入研究。针对用于航空变频交流发电系统的双定子绕组异步发电机(DWIG),分析了两套绕组同时发生对称突然短路的情况,运用解析法给出了短路电流的衰减规律,最大短路电流计算公式及到达时刻。研究结果表明,DWIG在短路时定子绕组中将产生两个直流衰减分量和一个旋转衰减分量,分别对应两套定子绕组和转子的影响,其瞬态电抗的形式与带阻尼绕组的同步电机直轴超瞬变电抗类似,并与瞬态电流的峰值成反比关系,分析表明DWIG短路电流的峰值小于同步发电机。所得的结果能够有助于深入理解DWIG的瞬态特性,获得的解析公式有助于对发电机突然短路电流进行估算,辅助发电机电磁设计,可以为发电系统保护单元和控制器的设计提供理论参考。     

可模拟绕组内部故障的双馈风力发电半实物实时仿真平台

双馈风力发电机(DFIG)系统控制复杂,离线仿真与传统全实物的故障试验存在一定局限性。在控制功能强大的MATLAB/Simulink环境下构建基于dSPACE1007系统的双馈风力发电系统半实物实时仿真平台,解决可模拟绕组内部故障的实物电机、dSPACE与Simulink软件三方联调时的数据接口与控制问题。试验结果表明,该平台在DFIG定、转子匝间短路故障工况下,通过Control Desk界面可灵活改变控制参数及算法,实现电机绕组内部故障状态下的容错运行,为DFIG故障检测和容错控制研究提供硬件平台。     

双馈异步发电机定转子绕组过热故障监测方法

双馈异步发电机(DFIG)在长期运行中很容易发生定转子绕组过热故障。以绕组温度为研究对象,在分析绕组过热故障成因的基础上,分别从电机热性能和参数辨识两方面进行检测。使用参数辨识法时,首先利用电机电磁数学模型辨识定转子绕组电阻,再根据电阻与温度之间的关系计算定转子温度,从而判断绕组是否过热。最后基于MATLAB软件仿真验证了定转子绕组参数辨识法的正确性,为DFIG诊断绕组过热故障提供理论支撑。     

负序磁场中同步发电机转子绕组匝间短路故障恶化的分析

以1台300 MW同步发电机为例,考虑了阻尼系统,在不对称运行条件下,研究了励磁绕组匝间短路后发电机的相关故障特征量,包括励磁电流、励磁绕组的感应电动势、被短路的励磁回路电流以及阻尼绕组电流等。在此基础上研究了负序磁场中励磁短路线圈的匝数、节距以及短路点过渡电阻等因素对励磁短路电流的影响,并粗略地计算了短路点的发热量。研究结果可为发电机经历恶劣工况后的励磁匝间短路故障的维修提供可靠的决策支持。     

定子双绕组异步发电机漏电抗计算的研究

漏电抗的准确计算是电机设计中十分关键的问题。基于静止励磁调节器的双绕组异步发电机定子绕组漏抗计算比传统的三相电机更复杂。首先给出了定子双绕组异步电机通用数学模型及等效电路,采用解析法对不同绕组结构的定子双绕组异步电机漏电抗计算进行了系统地分析,导出了相应的计算公式。最后,利用所得计算公式设计了一种静止励磁调节器控制的定子双绕组异步发电机,并对其定子漏电抗参数、性能指标及运行特性进行了计算。     

五相双转子永磁容错电机故障运行能力仿真分析

提出了一种新型五相双转子永磁容错电机, 它包括两个转子和一个定子, 其中内外转子永磁体均采用径向充磁且充磁方向相同,定子铁心内外开槽,可以安放两 套绕组,这两套绕组可以串联连接, 也可以并联连接。针对这两种连接方式, 对开路 （一相开路、两相邻相开路和两不相邻相开路）和短路故障进行仿真,有限元仿真结果 证明： 绕组并联连接优于串联连接。为了提高绕组串联连接时电机的故障运行能力, 采取了电流优化控制策略,仿真结果表明该方法在一定程度上可以改善电机的力矩性能。     

模块化定子永磁风力发电机及其控制

针对海上风能开发和利用,提出和设计了一种新型结构的永磁风力发电机。所提出的电机由多个空间均匀移相的模块化定子永磁发电机(MSPMG)组成,每个MSPMG是独立的单相双凸极电机,每个定子模块包含永磁、齿极和线圈,减小了模块间的磁耦合和线圈互感。通过分析MSPMG的电磁特性和发电原理,基于变分原理推导出MSPMG的最优功率控制策略,利用单相H桥全控整流电路实现了对电枢电流的控制。有限元分析证明MSPMG各个模块间的磁路耦合很小,运行状态相互独立,因此该电机具有很强的容错运行能力。基于软件仿真证实了所设计电机及其控制策略的正确性和有效性。     

海上双馈电机开路故障容错性能评估

海上风电机组面临故障率高、停运损失大等问题,迫切需要及早发现运行故障、及时提供容错机制。构建基于西蒙决策理论的双馈风力发电机开路故障容错设计方案,选取电能质量和风力发电机组可靠性作为典型评估指标。结合双馈风力发电机组机侧变流器单相开路故障容错案例,给出量化的容错性能指标。结果表明及时有效的故障容错机制能够提高海上风电场的可用率,避免故障恶化,降低故障带来的经济损失。     

车用液冷机壳电机定子绕组热性能直接设计法

电动汽车驱动电机极力追求高密度轻量小型化,不断推进电机的冷却散热与热传导技术的进步与发展。为此,开展车用驱动电机的电-磁-热一体化设计方法研究,通过构建一种工程化定子热路模型提出了定子绕组热性能直接设计法及其关键热参数,并直接融入电磁设计中,强化热性能设计的同时也弥补了传统电磁设计热负荷AJ值评估热性能的缺陷。通过快速评估电机的热传导能力和绕组温升,可评估比较不同设计方案的热性能,得到电-磁-热一体化设计的最佳解决方案,从而提升电机持续运行的输出转矩。采用定子绕组热性能直接设计法,改进设计了一台液冷机壳车用永磁同步驱动电机样机,显著降低了定子绕组温升。样机温升试验验证了定子绕组热性能直接设计法及其关键热参数评估热性能的有效性。     

船舶轴带无刷双馈电机短路电流分析与保护设计

当船舶轴带无刷双馈电机(BDFG)功率绕组发生三相短路故障时,短路电流会对系统造成较大的危害。因此,有必要设计专门的保护电路保障系统的安全。利用空间旋转坐标系,建立船舶轴带BDFG功率绕组三相短路时的动态方程,并依据磁链守恒定律研究系统短路电流的变化特性。通过分析短路电流的各个分量,提出加入撬棒电阻和直流卸载电路的保护方式来卸载过电流,并进一步研究加入保护电路后的电流变化特性。以1台30 kVA的BDFG为仿真对象,运用MATLAB/Simulink进行模型仿真和理论值计算,验证了保护电路的有效性,对船舶轴带BDFG电气安全设计具有指导意义。     

电气/机械混合四余度无刷直流力矩电动机绕组短路分析

研究了绕组短路故障对直接驱动作动器(DDA)用电气/机械混合四余度无刷直流力矩电动机(BLDCTM)性能的影响。基于电气/机械混合四余度BLDCTM的数学模型,分析了短路故障对电机电气参数造成的影响,并且建立了绕组匝间短路和相间短路这两种短路形式下的等效电路模型。电机系统的仿真结果表明,本文所采用的低转速电气/机械混合四余度BLDCTM某一相绕组出现匝间短路或某余度的两相绕组出现相间短路时,DDA系统依然可以正常运行。电气/机械混合四余度BLDCTM完全可以克服绕组短路故障的影响,提高了DDA系统的可靠性。     

电压跌落至不同程度时双馈风力发电机内部电磁场分析

随着风电规模的日趋庞大和低电压穿越技术的日趋成熟,人们迫切需要知道电机内部在低电压穿越工况下的电磁场变化,为电机的故障诊断提供依据。求出了双馈风力发电机在电网电压跌落至不同程度时的电机内部的电磁场,并在此基础上分析了电机内部电磁场的不同和变化趋势,为分析风机的早期故障诊断及其演化趋势做基础工作。