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发电体的系变频问题判断分析探究

发电体的系变频问题判断分析探究

点击数:7694 次   录入时间:03-04 12:01:37   整理:http://www.55dianzi.com   变频器基础
 风能在不久的将来会成为重要的原始能源之一,风电在电力系统中的穿透力会越来越大,因此对风力发电机本身能够在受到外界干扰或自身故障时能够及早采取补救措施以达到不间断运行的能力要求也在增加,能够自动维护和修复的风力发电系统对未来风电场的监控和管理有积极作用。新疆是多风地区,风次多,延续时间长,年风能理论蕴藏量为3万亿kW?h左右。有九大风能利用区,总面积15万km 2,风能资源占全国总量的37%,可装机容量在8000万kW以上,目前已建成以达坂城风电场为代表的一大批风电场,其他风电场也在陆续建设中。如果能对变速恒频风力发电机,特别是双馈感应风力发电机变频器运行中的故障进行诊断,对故障评估与分类,找出故障原因、位置,在风力发电机运行过程中能够弥补一些故障对其性能造成的影响,为风力发电机系统维护、监控及管理做好前期准备,将会对新疆风电场的发展作出贡献。

  1风力发电系统简介

  风力发电机有很多种,而并网风力发电机主要有双馈式、直驱式以及笼型异步式。

  其中,除笼型异步式以外,其余两种都需要通过变频器接入电网,所不同的是:直驱式风力发电机是定子侧通过变频器接入电网的。双馈式是转子侧通过变频器接入电网的。

  而交―直―交变频器主要是由电力电子整流电路、逆变电路和斩波电路这些通用的电力电子电路组成的。

  2变频器故障诊断技术

  变频器所处现场往往环境恶劣,高温发热,油水脏污,灰尘以及交变的电磁干扰等都无法估计,既影响变频器性能,也极易导致变频器故障。此外,由于目前变速恒频式风力发电机,尤其是双馈式风力发电机在应对电网故障能力方面存在较大缺陷。电网发生故障容易导致风力发电机机端电压跌落,造成发电机定子电流增加。

  由于转子与定子之间的强耦合,快速增加的定子电流会导致转子电流急剧上升。另外,由于风力机调节速度较慢,故障前期风力机吸收的风能不会明显减少,而发电机组由于机端电压降低,不能正常向电网输送电能,即有一部分能量无法输入电网,这些能量由系统内部消化,将导致电容充电、直流电压快速升高、电机转子加速及电磁转矩突变等一系列问题。上述问题容易导致系统元器件的损坏。目前国内外单对通用电力电子电路的智能诊断方法已有很多研究,使用的方法也多种多样,特别是基于信号处理技术,基于故障树技术和基于神经网技术的变频器故障诊断方法,国外还有专家研究了更复杂的电路组成形式,如层叠H桥多级逆变器(MLID)使用基于人工智能的MLID故障诊断和重组系统。该系统具体结构是从交流侧电压信号中提取特征向量,交由神经网系统分类并诊断系统故障,最后由结构重组系统自动旁路掉故障单元并重新组合剩余健康H桥单元,同时给出新组合下的控制波形以维持剩余结构继续运转。这些电路比较复杂,至于单个的整流电路的故障诊断,国内外已有相当数量的研究,如有一种基于参考模型的电力电子电路故障的在线诊断方法。以目前广泛使用的晶闸管三相变流装置主电路为例,利用参考模型法进行各种故障的仿真和试验研究。关于这方面甚至已经有人大胆将神经网络技术和小波分析技术用于整流电路研究,并取得了一定进展。引入了多尺度分析的小波变换,通过检测模极大值来检测信号突变,并考虑控制角α,形成故障的定位特征矢量。并以此特征矢量对BP神经网进行训练,实现最终的故障诊断网络。不但如此,有的已经将神经网和小波分析技术载一定程度上结合起来了。这些研究成果为把神经网络技术和小波分析技术相结合应用于风力发电系统所专用的特殊变频器故障诊断提供了理论可行性,但在具体结合方法、结合程度上还有待进一步研究决定。而具体到双馈风力发电机这种形式上,在变频器故障诊断一块国内也已经有部分研究成果。这都是前人积累下的宝贵经验财富,但关于风力发电系统专用变频器的故障诊断研究(包括直驱和双馈机型所用的变频器),以及新疆本地特殊的地理气候环境如干燥、风沙、昼夜温差大、极端气温等条件下的变频器故障诊断的研究还鲜有报导。

  3风力机变频器故障分析

  变频器故障主要有变频器误动作、与预期效果误差大、过电压、过电流、过热及欠电压等。变频器过电压主要是指其中间直流回路过电压,这将对中间直流回路滤波电容器寿命有直接影响,产生变频器过电压的原因有电源侧的冲击过电压,如雷电引起的过电压、变频器负载突降会使负载的转速明显上升,从负载侧向变频器中间直流回路回馈能量,短时间内能量的集中回馈,可能会超过中间直流回路及其能量处理单元的承受能力引发过电压故障,变频器中间直流回路电容容量下降,中间直流回路对直流电压的调节程度减弱,双馈感应发电机因为在电源侧也用了逆变电路,可以将多余的能量回馈给电网,但还是会发生过电压情况,所以需要进行检测与诊断。过电流故障是由于对变频器而言其负载发生突变、负荷分配不均,输出短路等原因引起,由于逆变器件的过载能力较差,所以变频器的过电流故障诊断至关重要。当输入电源缺相,整流回路故障会导致欠电压故障。此外在电网要求风力机低电压穿越时所可能造成的变频器故障也是可研究的范畴。

  4用神经网技术对故障类型进行判断

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