三个并联电压源换流器的故障诊断MATLAB仿真

1、三个并联电压源换流器的故障诊断MATLAB仿真 作者: 日期：三个弁联电压源换流器的故障诊断MATLAB仿真M LL.1l1侬川田（本文只是初步尝试性验证仿真，仅供参考 ）Qamvrrlcv*仃SCIm5trj-mtHpMSC3GS 1（；nri3*ncfrirri*IJP这个系统是用于风力发电中三并联变流器开关器件故障检测的。通过对变流器的三相电流检测分析来推测出放生故障的开关器件。先介绍一下三并联变流器风力发电系统的电路拓扑结构，如下图所示：最左侧是一个连接风轮叶片的永磁同步发电机，风机发出的电能通 过三个并联的三相整流桥整流，整流后的直流电经过三个并联的三 相逆变桥变换成交流电，再经过 LCL滤波接入三相电网。整个系统中处于重要位置的是变流器环节，因此对其故障检测显得 尤为重要。一般变流器故障分为三类：1,直流侧电容故障。2,传 感器故障。3,开关器件故障。而在这些故障中开关器件的故障是最 主要的。开关器件的故障分为两类：短路故障和开路故障。发生短 路故障的原因可能是系统的外部因素造成的，也可能是开关器件的 损毁造成的。如果发生短路故障，其他的开关器件，直流侧电容和 发电机可能会

2、被异常的过电流毁坏。开路故障的原因可能是门极驱 动故障或者IGBT门极损坏。这时电流将失去平衡，产生涟漪波 纹。如果系统继续运行，则发电机或者负载会因为噪声和震动出现 问题。因此监测开关器件的故障和识别出故障的器件将变得至关重 要。传统的故障检测方法：1,基于模型的方法（需要精确的系统模 型）。2,基于信号的方法（需要附加传感器来检测电流或电压信 号）。本文提出的能够通过检测三相电流来识别开关器件的开路故障。而 且这些电流是已经被检测出来的，用于控制变流器。换言之，不必 安装额外的电压和电流传感器。检测到三相电流后对其进行abc todq0的坐标系变换，公式如下所示： s 2 - s 1 - s 1 - sid 万 ia 3ib 31c s 1 s -sx iq -a （ib ic ）在d-q坐标系中基于开关器件不同的状态电流矢量在坐标平面上呈 现出特殊的形状。电流矢量如果呈圆形则表明所有的开关器件都没有出现开路故障。 相反，如果一个开关器件发生故障，电流矢量就会呈现出不同于原 来状态的特殊形式。而且，图形的形状取决于发生故障的开关器件，即特定的故障组合 对应特定的图形形状。如果电流矢

3、量呈半圆形，则六个开关器件中有一个正处于开路故 障。止匕外，电流矢量会有一个不同的矢量角根据不同的开关器件发 生故障。如果有两个开关发生开路故障，则电流矢量呈扇形或者线性，同时 也会有不同的矢量角和分布角。继而得出结论：图形形状，电流矢 量角和分布角是检测故障开关器件的可靠指标。这种方法可以应用 于三并联变流器系统中。检测参数的定义和计算1,面积nn 2SSiJi 0 i 0 3601 1 iri,(idi)2 (iqi)22,矢量角：水平坐标轴和质心的角度。is,、-1 iq(cm) tan )id (cm) ss其中：id (cm)0.5(id (max) i d(min) )iq(cm)0.5(iq(max) iq(min)3,分布角：max - min因此，应用以上原理对图形的分析可以确定是哪个开关器件发生了 故障。当所有开关器件无故障运行时，电流矢量呈现出一个圆形。如果电流矢量呈现出一个半圆，则六个开关器件中有一个发生了故障。如果，电流矢量是一个扇形或者线性，则六个开关器件中有两个发生了故障。2详细解释机侧和网侧的控制方案，包括必要的数学表达式； 答：机侧控制：机侧变流器的控

4、制用的是全电流控制，也就是三个 支路电流之和。因此，只需要一个电流控制器，这三个并联的支路 可以共享相同的pwm信号。控制器通过执行最大功率跟踪运算，可 以从发电机侧获得尽可能大的功率。网测控制：网测变流器的控制器同样也是用的全电流控制。网侧变 流器不仅控制直流侧电压，也控制功率因数，使发出的电能更加有 效的传输到电网。当执行并网操作的时候需要知道电网的同步相位 角，这个可以通过一个锁相环（PLL）模块实现。3对系统进行仿真：1）正常情况2） T1-T6单个管子发生故障；3） T1-T6中通识有2个管子故障故障；s 一 ：s .要求给出管子的详细参数，弁分别回出每种情况下的iq和id的波形。答：本系统的仿真分为一下几个步骤：一，把系统拆分成两个部分，从中间直流侧把系统一分为二，左侧是三并联三相整流部分，右侧是三并联三相逆变部分。二，分别对整流部分电路和逆变部分电路建模，并进行故障检测仿 真。三，再把整流电路和逆变电路串联起来得到本系统三并联大功率变 流器系统。然后，对其进行故障检测仿真。建模和仿真环境：MATLAB2014aa整流电路仿真电路模型如上图所示：风力发电机组部分用三相电源模

5、块代替。各模块参数：三相电源模块:Phase-to-phase rms voltage (V):380Phase angle of phase A (degrees):。Frequency (Hz):50pwm发生器:A JRGenerator (2-Level)The block can cantrcil sitchinj devices of three different bridge types: single-phase hal-tridge. singl-phae ful2-brj.dg? 口工 thre-phase bridge.Wien the Syrchroned mode cf operati.oit rs selected, the synthronizalien signal is applied at input (wt)_ParametersGenerator type; Three-phase bridge (6 pulses)Hode of operation: UnsyncliranizedCarrier frequency CHi):1080国Internal generation of modulating signal(s) iLodulat ion index;L). 8Output Tjoltae frequency (Hi):200Output voltage phase (degrees: nSample time:QKCancel函犯AtPly交流侧电感：3.4e-3 直流侧电感：8e-2,电容：8e-3,电阻：1 仿真算法ode23tb 仿真直流侧输出波形如下图:整流输出波形b,逆变电路仿真各模块参数如下:Pwmt生器:各桥臂逆变输出侧电感L21, L15, L3: 1e-3交流侧电感L6, L18: 5e-3LC滤波电路 L: 5e-2,C:5e-3仿真算法：ode45仿真结果当无故障时XYGraph输出波形如下:逆变电路无故障仿真波形T6开路时XYGraph输出波形如下:逆变电路T6故障仿真波形C,变流器整体仿真模块参数参考以上两个仿真模型。无故障时XYGraph输出波形如下:变流器无故障仿真波形T1断开时的波形T1和T3断开时的波形THE END, THERE IS NO TXT FOLLOWING.

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