双馈风力发电机绕组匝间短路故障的建模与分析

摘要

双馈异步发电机是目前风力发电的主流机型之一。绕组匝间短路是双馈异步电机常见故障之一，直接威胁风力发电机系统的安全有效运行。所以研究双馈异步电机绕组匝间短路具有重要意义。
　　目前大部分研究仅限于研究双馈异步电机本身，忽略控制系统的作用或者简化控制系统的影响，这样得出的结论会比较理想化，可能存在误差。有的研究考虑了控制系统的影响，但在建立双馈异步电机数学模型时，采用了坐标变换的思想，采用坐标变换的思想建立的数学模型比较适合研究正常状况下的电机，当发生匝间短路时，此模型可能会带来误差。
　　本文利用多回路理论，在三相坐标系下，建立了双馈异步发电机正常以及绕组匝间短路情况下的数学模型。然后建立了变流器的数学模型，考虑定转子侧变流器的控制策略，在整个风力发电系统环境下研究了绕组匝间短路问题。利用MATLAB/Simulink中S函数实现了双馈异步电机数学模型，以Simulink自带的其他模块实现控制系统，电机模块与自带模块交互作用进行混合仿真，使电机模块和控制系统相结合。
　　通过仿真实验得到了正常情况和绕组匝间短路情况下定转子的电流波形，并且对实验结果进行了相应的频谱分析，总结了发生绕组匝间短路时，定转子电流的变化规律，得到了定转子匝间短路故障诊断的一些依据。
　　仿真结果与实验情况相符，说明基于S函数的多回路数学模型的混合仿真实验是可行的，所得仿真结果可为风力发电系统双馈异步电机绕组故障的早期监测提供理论支持。

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第1章 绪论

1.1 选题的背景及意义

1.2 课题研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 双馈异步电机的数学模型

2.1双馈电机的基本理论

2.2 多回路理论

2.3 数学模型的建立

2.4 电感参数的计算

2.5 本章小结

第3章 风力发电系统仿真模型

3.1 双PWM变流器

3.2 基于S函数的仿真模型

3.3 本章小结

第4章 仿真结果及分析

4.1 电感参数的计算结果

4.2 定子匝间短路仿真结果

4.3 转子匝间短路仿真结果

4.4 其他电气量的仿真

4.5 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他结果

致谢