永磁直驱式风电变流器故障的容错控制

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1、学校代号：10532学密号：S11092088级：公开湖南大学硕士学位论文永磁直驱式风容错控制电变流器故障的堂僮由请厶挂名；割馥焦昱匝丝名及驱整；黄型霾副教援墙羞望僮；电氢皇信皇工程堂瞳童些名褪；鱼氢王程迨塞握窒旦期12Q!垒生垒旦呈Q旦诠塞签避旦塑12鱼!垒生墨旦!Z旦筌趱委虽金圭廑；黄空道教援}NilIIIIIIIIIIIIIIIIIlY2604537Faultdiagnosisandfault—tolerantcontroloftheconvertersinthedirect-drivenpermanentmagnetsynchronouswindpowersystembyLIUJin

2、gjiaB．E．(HenanUnivertersity)201AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringElectricalEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorAssociateProfessorHuangKeyuanApril，2014湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任

3、何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：京l僻佳日期：侧哞r月以日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保密团。(请在以上相应方框内打“／”)作者签名：导师签名：日期：删烨年

4、土月以日．．，r，日期：伊Iq／年j月以日硕士学位论文摘要风力发电技术作为最成熟、最具开发潜力的可再生能源利用技术，已经受到了全球的瞩目，而现有的风电机组控制策略仅局限于正常情况下的运行，但环境多变、故障率高才是实际机组的现实状况。随着并网风电机组装机容量的快速增加，如何提高风电机组的可靠性已经成为国内外研究的热点。目前永磁直驱式同步发电机以其独特的优势成为风力发电中最有前途的机型，它省去了传统双馈式风力发电系统中故障率较高的齿轮传动机构，同时采用背靠背式的全功率变流器，机组发出的电能全部通过变流器传送到电网，变流器作为风力发电系统中的核心部件和脆弱环节，也是故障率最高的器件。为了使系统在变

5、流器电力电子器件出现故障的情况下能够不问断运行，亟需研究变流器的故障诊断和容错控制技术。本文首先介绍永磁直驱式风力发电转换系统的拓扑结构，并对永磁同步发电机、PWM变流器的数学模型进行详细的推导，在此基础上，介绍一种常用的风力发电系统控制策略，为后续章节奠定理论基础。其次，从变流器故障后的电路拓扑结构入手，对交流器开路故障状态下的运行机理进行理论分析，并结合Simulink仿真和实验结果，得出变流器故障后系统运行特性的变化特征。为了克服传统故障诊断方法计算复杂、易受干扰影响的缺点，对比正常运行、故障运行及发生干扰三种情况下系统的运行特性，总结出系统特性参数故障后特有的变化规律。据此，选择系统

6、机侧和网侧电流作为诊断故障的参数，由电流Park矢量相位角斜率的变化检测故障的发生，并依据故障后机侧平均电流的Park矢量相位角所在区间和网侧各相电流值的正负确定故障器件所在位置。此外，构建了故障诊断系统的仿真模型，并搭建了故障诊断系统的实验平台，用仿真和实验验证该故障诊断方法的可靠性和快速性。最后，深入分析了三相四开关SVPWM的原理及算法，并详细推导了直流母线电容电压不平衡时的SVPWM计算公式。设计了无冗余的容错控制系统的拓扑结构和控制策略，变流器发生故障后及时切除故障器件，通过容错重构将变流器切换为三相四开关模式。然后搭建了容错变流器的Simulink仿真模型，并将该容错模型嵌入到故

7、障诊断系统中，构成完整的风力发电容错控制系统，以期达到系统在故障情况下可持续运行的目标。关键词：直驱式风电转换系统；故障诊断；容错控制；三相四开关SVPWMII永磁直驱式风电变流器故障的容错控制AbstractAsamostmaturetechnologyowned，themostdevelopmentprospectrenewableenergyutilizationtechnology，thewindpo