合肥工业大学科研人员提出永磁直驱风电变流器开路故障诊断的新方法

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为了进步永磁直驱式风电变流器的稳固性和靠得住性，合肥工业年夜学电气与主动化工程学院、输配电设备及体系平安与新技术国度重点试验室的研讨职员许水清、陶松兵、何怡刚、柴毅，在2022年第2期《电工技术学报》上撰文，针对风电变流器功率管单管和双管故障，提出一种基于相电流瞬时频率估量的开路故障诊断办法。该办法可以或许同时实现机侧和网侧的21种开路故障诊断，且避免增长额外的传感器，无需使用Park矢量变换和年夜量故障样本，故障特性更为明显、鲁棒性强。

跟着化石资本缺乏和情况污染问题日益严峻，风能作为一种干净的可再生能源受到全天下的看重，是以，风力发电获得迅猛的成长。永磁直驱式风力发电机组因为撤消了繁重的增速齿轮箱，具有高效力、低噪声、长寿命、机组体积小、运行维护本钱低等诸多长处，得到了越来越多的存眷。

在永磁直驱风电体系中，采纳由电力电子器件组成的双脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation, PWM）变流器实现全功率并网。然而因为事情情况年夜多比拟恶劣，风电机组的平安运行遭遇了严重的威逼。统计数据注解，风电机组中的变流器故障率最高，其主要故障是功率器件绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT）的开路故障。是以，IGBT开路故障诊断是风电变流器体系实现靠得住运行的条件，研讨风电变流器的功率管开路故障诊断对风电体系平安运行至关紧张。

今朝，变流器开路的故障诊断办法从检测变量上主要分为基于电压量的诊断办法和基于电流量的诊断办法。基于电压量的故障诊断办法是应用变流器输出的电压波形或联合变流器机理来进行故障检测和定位，其诊断光阴相对短、靠得住性较高，但依附于模子的精确度，必要额外的硬件，实现难度较高，且阈值联系关系性较低。

基于电流的诊断办法是应用相电流，颠末坐标变换、旌旗灯号处置或模式辨认等技术进行故障检测和故障定位，因为无需附加额外的硬件，容易实现，已成为今朝最普遍使用的变流器故障诊断办法。然则相关文献研讨所提出的故障诊断办法直接应用归一化相电流构造故障检测变量，故障特性易受滋扰，且算法繁杂度较高。

此外，今朝这些办法年夜多针对逆变器的开路故障诊断，而风电变流器包含机侧整流器和网侧逆变器，机侧整流器的开路故障特征与网侧逆变器的开路故障特征相比，故障特征不显著，故障诊断难度更年夜，使得现有的逆变器故障诊断办法难以同时实用于机侧整流器和网侧逆变器。

是以，合肥工业年夜学电气与主动化工程学院、输配电设备及体系平安与新技术国度重点试验室的研讨职员依据现有风电变流器开路故障诊断办法的不敷之处，提出了一种基于相电流瞬时频率估量的开路故障诊断办法。

图1 试验平台

起首为了实现相电流瞬时频率的在线腻滑估量，研讨职员提出一种基于加权滑动Hilbert变换的估量办法以打消端点效应。其次应用归一化的相电流瞬时频率残差来构造新的检测变量检测故障的产生。然后提出基于改良相电流均值法的多功率管开路故障定位办法实现故障功率管的定位。此外，他们还提出检测变量和定位变量的在线快速更新算法，低落计算量。该办法避免额外的附加硬件，故障特性更为明显，且无需使用Park矢量变换和年夜量故障样本。

该故障诊断算法有如下长处：

①提出新的故障检测办法：应用变流器相电流的瞬时频率来构造故障检测变量，故障特性更为明显，无需使用Park矢量变换和增长额外硬件设置装备摆设，且归一化的检测变量，简化了检测阈值的设置，避免了智能算法对年夜量训练样本的需求；

②提出基于改良相电流均值法的多功率管开路故障定位办法：可以或许同时实现机侧整流器和网侧逆变器各21种故障定位，提出的定位变量在线快速更新算法，削减了计算量；

③提出新的瞬时频率估量算法：应用加权滑动Hilbert变换可以或许打消“端点”效应，实现相电流瞬时频率的在线腻滑估量，故障特性更为精细。试验成果验证了该故障诊断算法的有用性和鲁棒性。

本文编自2022年第2期《电工技术学报》，论文题目为“基于相电流瞬时频率估量的永磁直驱风电变流器开路故障诊断”，作者为许水清、陶松兵 等。

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