一種永磁直驅式風力發(fā)電系統變流器的開路故障容錯方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及風力發(fā)電系統變流器，具體涉及一種永磁直驅式風力發(fā)電系統變流器的開路故障容錯方法。
【背景技術】
[0002]變流器是永磁直驅式風力發(fā)電系統(PMSG)的核心部件和脆弱環(huán)節(jié)，IGBT開路故障時有發(fā)生，永磁直驅式風力發(fā)電系統(PMSG)輸出端的變流器包括機側變流器和網側變流器，機側變流器和網側變流器的直流母線之間一般連接有兩穩(wěn)壓電容。
[0003]現有的永磁直驅式風力發(fā)電系統變流器的開路故障容錯方法存在下述缺點:(I)現有故障診斷技術采用park矢量幅值作為故障診斷變量，辨識算法復雜，實時性差，不適用于在線檢測。且以park矢量幅值作為診斷變量，故障診斷變量特征不明顯，易受風速突變和電網電壓跌路等外部干擾的影響，魯棒性較差；(2)現有容錯型變流器多采用相冗余的方式，以備用橋臂替代故障橋臂，因IGBT相對于雙向晶閘管成本較高，備用橋臂的采用增加了系統的硬件成本；(3)現有三相四開關變流器拓撲結構由于采用兩母線電容中點供電，控制母線電壓恒定，而電容的充放電狀態(tài)相反，必然會造成兩母線電容電壓的不平衡。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術問題:針對現有技術的上述問題，提供一種魯棒性好、故障診斷準確度高、故障診斷速度快捷、容錯性能好、系統穩(wěn)定性高的永磁直驅式風力發(fā)電系統變流器的開路故障容錯方法。
[0005]為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案為:
[0006]—種永磁直驅式風力發(fā)電系統變流器的開路故障容錯方法，步驟包括:
[0007]I)預先為待容錯變流器各相設置電流Park矢量特征基準值；
[0008]2)獲取待容錯變流器各相的電流Park矢量，求出所述電流Park矢量相位的絕對值，將得到的絕對值依次進行求導、求絕對值得到電流Park矢量特征實測值；
[0009]3)針對待容錯變流器的每一相，判斷該相的電流Park矢量特征實測值是否超過電流Park矢量特征基準值，如果超過電流Park矢量特征基準值，則判定該相發(fā)生開路故障并跳轉執(zhí)行步驟4);否則跳轉執(zhí)行步驟2);
[0010]4)針對待容錯發(fā)生開路故障的故障相進行容錯控制。
[0011]優(yōu)選地，所述步驟I)的詳細步驟包括:預先在待容錯變流器處于正常狀態(tài)時獲取待容錯變流器各相的電流Park矢量，求出所述電流Park矢量相位的絕對值，并將得到的絕對值依次進行求導、求絕對值，得到待容錯變流器各相的電流Park矢量特征基準值。
[0012]優(yōu)選地，所述步驟I)和步驟2)中求絕對值之后還包括針對求絕對值的結果進行濾波的步驟。
[0013]優(yōu)選地，所述獲取待容錯變流器各相的電流Park矢量具體步驟包括:獲取永磁直驅式風力發(fā)電系統的機側變流器輸入電流，獲取永磁直驅式風力發(fā)電系統網側變流器的輸出電流，針對永磁直驅式風力發(fā)電系統的每一相，將機側變流器輸入電流除以網側變流器的輸出電流得到待容錯變流器每一相的電流Park矢量。
[0014]優(yōu)選地，所述步驟4)的詳細步驟包括:
[0015]4.1)閉鎖待容錯變流器發(fā)生開路故障的故障相的脈沖信號隔離故障；
[0016]4.2)將待容錯變流器發(fā)生開路故障的故障相通過開關元件連接至永磁直驅式風力發(fā)電系統的直流母線電容中兩電容間的中點，通過直流母線電容中兩電容間的中點為故障相供電；
[0017]4.3)將待容錯變流器的控制策略切換至使用三相四開關SVPffM調制策略，并將直流母線電壓參考值設定為原值的兩倍。
[0018]優(yōu)選地，所述步驟4.2)中的開關元件為雙向晶閘管。
[0019]優(yōu)選地，所述步驟4.3)中還包括降低風機轉速以降低風機輸入功率的步驟。
[0020]優(yōu)選地，所述步驟4.3)中還包括下述調節(jié)直流母線電容中兩電容電壓的步驟:
[0021]I)檢測直流母線電容中第一母線電容C1和第二母線電容C2的電壓，其中待容錯變流器直流側的正極母線依次通過第一母線電容C1、第一母線電容CjP負極母線相連；
[0022]II)將第一母線電容(^的電壓u d和第二母線電容C 2的電壓u。2進行比較，如果第一母線電容C1的電壓u &大于第二母線電容C 2的電壓u。2則向待容錯變流器正常相發(fā)送開關狀態(tài)“11”，使得待容錯變流器正常相上橋臂導通以增加第一母線電容C1的放電時間；如果第一母線電容C1的電壓u &小于第二母線電容C 2的電壓u。2則向待容錯變流器正常相發(fā)送開關狀態(tài)“00”，使得待容錯變流器正常相下橋臂導通以增加第二母線電容(:2的放電時間。
[0023]本發(fā)明永磁直驅式風力發(fā)電系統變流器的開路故障容錯方法具有下述優(yōu)點:本發(fā)明獲取待容錯變流器各相的電流Park矢量，求出電流Park矢量相位的絕對值，將得到的絕對值依次進行求導、求絕對值得到電流Park矢量特征實測值，針對待容錯變流器的每一相，判斷該相的電流Park矢量特征實測值是否超過電流Park矢量特征基準值來進行開路故障診斷，采用電流Park矢量相位的導數檢測故障，因為在一個控制周期內電流Park矢量的變化可能很小，但在很短的控制周期內電流矢量角對時間的導數也會很大，對系統的參數的變換更加敏感，能夠提高故障檢測的精度，具有魯棒性好、故障診斷準確度高、故障診斷速度快捷、容錯性能好、系統穩(wěn)定性高的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0024]圖1為應用本發(fā)明實施例的容錯型永磁直驅式風力發(fā)電系統拓撲結構圖。
[0025]圖2為本發(fā)明實施例方法的基本流程示意圖。
[0026]圖3為本發(fā)明實施例獲取電流Park矢量特征實測值的基本流程示意圖。
[0027]圖4為本發(fā)明實施例獲取電流Park矢量特征實測值過程中得到的曲線示意圖。
[0028]圖5為圖1所示風力發(fā)電系統在網側變流器A相時的拓撲結構示意圖。
[0029]圖6為考慮電容不平衡電壓是基本電壓矢量的偏移情況示意圖。
[0030]圖7為網側變流器在發(fā)生開關狀態(tài)“00”時的等效電路。
[0031]圖8為網側變流器在發(fā)生開關狀態(tài)“11”時的等效電路。
【具體實施方式】
[0032]下文將以圖1所示容錯型永磁直驅式風力發(fā)電系統(PMSG)的網側變流器為例，對本發(fā)明永磁直驅式風力發(fā)電系統變流器的開路故障容錯方法進行進一步的說明。參見圖1，容錯型永磁直驅式風力發(fā)電系統(PMSG)包括機側變流器和網側變流器，機側變流器包括札?R6共六個IGBT，網側變流器包括I廣I 6共六個IGBT，機側變流器和網側變流器的直流母線之間設有直流母線電容，直流母線電容包括串聯布置的第一母線電容C1和第二母線電容C2，正極母線依次通過第一母線電容C1、第一母線電容C2和負極母線相連。
[0033]如圖2所示，本實施例永磁直驅式風力發(fā)電系統變流器的開路故障容錯方法的步驟包括:
[0034]I)預先為待容錯變流器各相設置電流Park矢量特征基準值；
[0035]2)獲取待容錯變流器各相的電流Park矢量，求出電流Park矢量相位的絕對值，將得到的絕對值依次進行求導、求絕對值得到電流Park矢量特征實測值；
[0036]3)針對待容錯變流器的每一相，判斷該相的電流Park矢量特征實測值是否超過電流Park矢量特征基準值，如果超過電流Park矢量特征基準值，則判定該相發(fā)生開路故障并跳轉執(zhí)行步驟4);否則跳轉執(zhí)行步驟2);
[0037]4)針對待容錯發(fā)生開路故障的故障相進行容錯控制。
[0038]如圖3所示，本實施例中求出電流Park矢量相位的絕對值，將得到的絕對值依次進行求導、求絕對值得到電流Park矢量特征實測值。本實施例中以網側變流器A相為例，A相的電流Park矢量的波形曲線如圖4 (a)所示，求出電流Park矢量相位的絕對值的波形曲線如圖4(b)所示，將得到的絕對值依次進行求導得到的波形曲線如圖4(c)所示，最終得到電流Park矢量特征實測值的波形曲線如圖4(d)所示。求導是一種微分運算，對系統的參數的變換更加敏感，因為在一個控制周期內電流Park矢量的變化可能很小，但在很短的控制周期內電流矢量角對時間的導數也會很大，因此正常運行時，電流Park矢量特征實測值為數值恒定的檢測變量，當故障發(fā)生時電流Park矢量特征實測值會發(fā)生較大變化。當網側變流器A相IGBT (I1S I 4)出現開路故障時，系統的拓撲結構圖如圖5所示，本實施例中只考慮IGBT的開路故障，故障時與其反并聯的二極管仍能保持聯通。
[0039]本實施例中，步驟I)的詳細步驟包括:預先在待容錯變流器處于正常狀態(tài)時獲取待容錯變流器各相的電流Park矢量，求出電流Park矢量相位的絕對值，并將得到的絕對值依次進行求導、求絕對值，得到待容錯變流器各相的電流Park矢量特征基準值。
[0040]如圖3所示，本實施例中步驟I)和步驟2)中求絕對值之后還包括針對求絕對值的結果進行濾波的步驟，通過對求絕對值的結果進行濾，能夠除去測量等環(huán)節(jié)引入的干擾。[0041 ] 本實施例中，獲取待容錯變流器各相的電流Park矢量具體步驟包括:獲取永磁直驅式風力發(fā)電系統的機側變流器輸入電流，獲取永磁直驅式風力發(fā)電系統網側變流器的輸出電流，針對永磁直驅式風力發(fā)電系統的每一相，將機側變流器輸入電流除以網側變流器的輸出電流得到待容錯變流器每一相的電流Park矢量。以網側變流器A相為例，將將機側變流器輸入電流ij余以網側變流器的輸出電流i A，即可得到待容錯變流器A相的電流Park矢量(ia/iA)。
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