双馈风力发电机转子绕组匝间短路故障诊断方法的研究

摘要

双馈异步风力发电机是应用最早的变速恒频风发电机型，也是现代风力发电场的主流机型之一。转子绕组匝间短路故障是一种多发于双馈异步风力发电机的故障，一旦故障发生会引起绕组局部的温度升高，机械振动加剧，进而影响绝缘，使故障进一步恶化。因此，对双馈异步风力发电机转子绕组匝间短路故障诊断方法的研究，对保障风电机组的可靠运行以及提高整个风电系统的运行效率都具有指导意义。
　　双馈异步风力发电机在实际运行过程中，转差率随风速的变化而时变。当转差率较小时，传统的定子电流频谱中的（1+2ks）f的转子匝间短路故障特征分量往往难以突出，易被基波分量淹没。针对这一问题，本文提出了四种故障诊断方法：基于Clarke矢量模变换频谱特性分析的转子匝间短路故障诊断方法；基于Hilbert模变换频谱特性分析的转子匝间短路故障诊断方法；基于定子平均瞬时功率频谱特性分析的转子匝间短路故障诊断方法以及基于 Hilbert变换下瞬时功率频谱特性分析的转子匝间短路故障诊断方法。上述四种方法，均经过严格的数学推导，且仿真结果与理论分析一致，表明上述方法在双馈异步风力发电机转子匝间短路故障中具有应用前景。
　　同时，本文根据多回路理论编写相应的M函数建立起了理想双馈异步发电机在三相坐标系下正常情况以及发生转子绕组匝间短路故障情况的数学模型。通过对模型仿真得到定转子电压电流波形，并采用所提出的四种方法对上述电气量进行变换并进行频谱分析。
　　仿真结果结合理论分析表明，在低转差的情况下，与传统的定子电流频谱诊断方法相比，本文所提出的四种方法均能够避免因故障特征分量过于接近基波分量而被淹没的问题，有效提高检测的准确性，从而实现对双馈异步风力发电机转子绕组匝间短路故障的早期诊断。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 绕组匝间短路故障研究现状

1.3 本文的研究内容

第2章 双馈异步风力发电机多回路数学模型的建立

2.1 双馈异步发电机组结构及稳态电路

2.2 DFIG运行状态及功率关系

2.3 DFIG多回路数学模型的建立

2.4 本章小结

第3章 基于电流信号频谱特性分析的转子匝间短路故障诊断方法

3.1 转子匝间短路故障特征量分析

3.2 基于Clarke矢量模变换的故障诊断方法

3.3 基于Hilbert模变换的故障诊断方法

3.4 本章小结

第4章 基于功率信号频谱特性分析的转子匝间短路故障诊断方法

4.1 基于定子平均瞬时功率的故障诊断方法

4.2 基于Hilbert变换下瞬时功率的故障诊断方法

4.3 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢