考虑不同运行工况的双馈风力发电机定子绕组故障特征分析

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风电依靠其自身的优势不断发展,装机容量不断增长,电网对其的消纳能力也不断提升。不过风电有其特殊性,风速的突然波动、机组突然甩负荷、并网过程的无功缺额等都会对风电机组本身和电网稳定运行产生影响。  特殊的工作环境会影响风电机组的安全稳定运行,对于双馈风力发电机(DFIG)而言,会发生绕组绝缘失效,气隙偏心等早期故障,其中定子绕组绝缘失效发生的几率更大,早期匝间短路故障如果不被发现,在长期的运行中会导致更严重的故障。因此,对风力发电机实施在线监测将会非常重要。  本文首先通过ANSYS有限元分析软件,建立DFIG二维模型,利用PSCAD电力仿真软件,模拟风机正常运行、风速突变、电网电压三相不平衡和机组低电压穿越工况,得到四种不同工况下发电机的定转子电流作为激励加载到发电机有限元模型中,然后通过有限元软件求解、后处理,得到发电机的磁力线分布图、磁密云图、气隙磁密曲线,通过对比不同运行工况下发电机的气隙磁密曲线,研究不同工况是否会导致发电机气隙磁密曲线发生畸变、以及长期运行后是否可能导致定子绕组发生匝间短路;同时通过定量计算发电机气隙磁密畸变后,不同运行工况时的征兆表现因子和工况影响因子,直观的分析不同特征量在同一工况下的表征程度和不同运行工况对同一特征量的影响程度。  其次,分析当发电机定子绕组发生匝间短路时,利用匝间短路定量分析模型,获取不同匝间短路程度下发电机的定转子电流,作为激励施加到有限元模型中,得到四种不同运行工况下发电机的气隙磁密曲线,通过对比分析,找到气隙磁密发生明显畸变的关键点;同时通过对定子绕组不同匝间短路程度下发电机不同工况时的征兆表现因子和工况影响因子的计算,得到其特征量和影响因子的规律性。  最后,从损耗和谐波分析两个方面,计算发电机定子绕组匝间短路前后定子脉振损耗和定子表面铁耗,再以正常运行工况为标准,分析不同的运行工况对发电机损耗的影响特征;同时,针对发电机匝间短路前后不同的运行工况下得到的气隙磁密曲线进行谐波分析,研究同一故障不同工况和同一工况不同匝间短路程度下气隙磁密曲线各次谐波的幅值,对比结果,找出关键信息作为故障特征。
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