三個并聯(lián)電壓源換流器的故障診斷MATLAB仿真

1、 三個并聯(lián)電壓源換流器的故障診斷MATLAB仿真(本文只是初步嘗試性驗證仿真，僅供參考)這個系統(tǒng)是用于風(fēng)力發(fā)電中三并聯(lián)變流器開關(guān)器件故障檢測的。通過對變流器的三相電流檢測分析來推測出放生故障的開關(guān)器件。先介紹一下三并聯(lián)變流器風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的電路拓撲結(jié)構(gòu)，如下圖所示：最左側(cè)是一個連接風(fēng)輪葉片的永磁同步發(fā)電機，風(fēng)機發(fā)出的電能通過三個并聯(lián)的三相整流橋整流，整流后的直流電經(jīng)過三個并聯(lián)的三相逆變橋變換成交流電，再經(jīng)過LCL濾波接入三相電網(wǎng)。整個系統(tǒng)中處于重要位置的是變流器環(huán)節(jié)，因此對其故障檢測顯得尤為重要。一般變流器故障分為三類：1，直流側(cè)電容故障。2，傳感器故障。3，開關(guān)器件故障。而在這些故障中開關(guān)器件

2、的故障是最主要的。開關(guān)器件的故障分為兩類：短路故障和開路故障。發(fā)生短路故障的原因可能是系統(tǒng)的外部因素造成的，也可能是開關(guān)器件的損毀造成的。如果發(fā)生短路故障，其他的開關(guān)器件，直流側(cè)電容和發(fā)電機可能會被異常的過電流毀壞。開路故障的原因可能是門極驅(qū)動故障或者IGBT門極損壞。這時電流將失去平衡，產(chǎn)生漣漪波紋。如果系統(tǒng)繼續(xù)運行，則發(fā)電機或者負載會因為噪聲和震動出現(xiàn)問題。因此監(jiān)測開關(guān)器件的故障和識別出故障的器件將變得至關(guān)重要。傳統(tǒng)的故障檢測方法：1，基于模型的方法（需要精確的系統(tǒng)模型）。2，基于信號的方法（需要附加傳感器來檢測電流或電壓信號）。本文提出的能夠通過檢測三相電流來識別開關(guān)器件的開路故障。而且

3、這些電流是已經(jīng)被檢測出來的，用于控制變流器。換言之，不必安裝額外的電壓和電流傳感器。檢測到三相電流后對其進行abc to dq0的坐標(biāo)系變換，公式如下所示：在d-q坐標(biāo)系中基于開關(guān)器件不同的狀態(tài)電流矢量在坐標(biāo)平面上呈現(xiàn)出特殊的形狀。電流矢量如果呈圓形則表明所有的開關(guān)器件都沒有出現(xiàn)開路故障。相反，如果一個開關(guān)器件發(fā)生故障，電流矢量就會呈現(xiàn)出不同于原來狀態(tài)的特殊形式。而且，圖形的形狀取決于發(fā)生故障的開關(guān)器件，即特定的故障組合對應(yīng)特定的圖形形狀。如果電流矢量呈半圓形，則六個開關(guān)器件中有一個正處于開路故障。此外，電流矢量會有一個不同的矢量角根據(jù)不同的開關(guān)器件發(fā)生故障。如果有兩個開關(guān)發(fā)生開路故障，則電流

4、矢量呈扇形或者線性，同時也會有不同的矢量角和分布角。繼而得出結(jié)論：圖形形狀，電流矢量角和分布角是檢測故障開關(guān)器件的可靠指標(biāo)。這種方法可以應(yīng)用于三并聯(lián)變流器系統(tǒng)中。檢測參數(shù)的定義和計算1，面積2，矢量角：水平坐標(biāo)軸和質(zhì)心的角度。其中：3，分布角：因此，應(yīng)用以上原理對圖形的分析可以確定是哪個開關(guān)器件發(fā)生了故障。當(dāng)所有開關(guān)器件無故障運行時，電流矢量呈現(xiàn)出一個圓形。如果電流矢量呈現(xiàn)出一個半圓，則六個開關(guān)器件中有一個發(fā)生了故障。如果，電流矢量是一個扇形或者線性，則六個開關(guān)器件中有兩個發(fā)生了故障。2詳細解釋機側(cè)和網(wǎng)側(cè)的控制方案，包括必要的數(shù)學(xué)表達式；答：機側(cè)控制：機側(cè)變流器的控制用的是全電流控制，也就是三

5、個支路電流之和。因此，只需要一個電流控制器，這三個并聯(lián)的支路可以共享相同的pwm信號。控制器通過執(zhí)行最大功率跟蹤運算，可以從發(fā)電機側(cè)獲得盡可能大的功率。網(wǎng)測控制：網(wǎng)測變流器的控制器同樣也是用的全電流控制。網(wǎng)側(cè)變流器不僅控制直流側(cè)電壓，也控制功率因數(shù)，使發(fā)出的電能更加有效的傳輸?shù)诫娋W(wǎng)。當(dāng)執(zhí)行并網(wǎng)操作的時候需要知道電網(wǎng)的同步相位角，這個可以通過一個鎖相環(huán)（PLL）模塊實現(xiàn)。3 對系統(tǒng)進行仿真：1）正常情況2）T1-T6 單個管子發(fā)生故障；3）T1-T6 中通識有2個管子故障故障；要求給出管子的詳細參數(shù)，并分別畫出每種情況下的和的波形。答：本系統(tǒng)的仿真分為一下幾個步驟：一，把系統(tǒng)拆分成兩個部分，從中

6、間直流側(cè)把系統(tǒng)一分為二，左側(cè)是三并聯(lián)三相整流部分，右側(cè)是三并聯(lián)三相逆變部分。二，分別對整流部分電路和逆變部分電路建模，并進行故障檢測仿真。三，再把整流電路和逆變電路串聯(lián)起來得到本系統(tǒng)三并聯(lián)大功率變流器系統(tǒng)。然后，對其進行故障檢測仿真。建模和仿真環(huán)境：MATLAB2014aa,整流電路仿真電路模型如上圖所示：風(fēng)力發(fā)電機組部分用三相電源模塊代替。各模塊參數(shù)：三相電源模塊：Phase-to-phase rms voltage (V):380Phase angle of phase A (degrees):0Frequency (Hz):50pwm發(fā)生器：交流側(cè)電感：3.4e-3直流側(cè)電感：8e-2，電容：8e-3，電阻：1仿真算法ode23tb仿真直流側(cè)輸出波形如下圖： 整流輸出波形b,逆變電路仿真各模塊參數(shù)如下：Pwm發(fā)生器：各橋臂逆變輸出側(cè)電感L21，L15，L3：1e-3交流側(cè)電感L6，L18：5e-3LC濾波電路L：5e-2,C:5e-3仿真算法：ode45仿真結(jié)果當(dāng)無故障時XYGraph輸出波形如下： 逆變電路無故障仿真波形T6開