[发明专利]一种直驱永磁风电机组变流器多功率管开路故障诊断方法

权利要求书

1.一种直驱永磁风电机组变流器多功率管开路故障诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：

S100、对风电机组主控系统中机侧变流器三相端电压u_sa,u_sb,u_sc、机侧变流器三相电流i_sa,i_sb,i_sc、网侧变流器三相端电压u_ga,u_gb,u_gc和网侧变流器三相电流i_ga,i_gb,i_gc分别进行abc/dq的Park变换，得到各变量在dq坐标系下的分量u_sd,u_sq,i_sd,i_sq,u_gd,u_gq,i_gd,i_gq，同时计算机侧变流器三相电流和网侧变流器三相电流在一个基波周期的移动时间窗内的平均值，并选取u_sd,u_sq,u_gd,u_gq为输入变量，i_sd,i_sq,i_gd,i_gq为状态变量，建立正常状态下的变频系统状态空间模型；

S200、根据变频系统状态空间模型设计龙伯格电流观测器，得到机侧变流器和网侧变流器在dq坐标系下的实时估计电流和进一步通过dq/abc的Park逆变换分别转换成abc坐标下的实时估计电流和

S300、根据龙伯格电流观测器输出的实时估计电流和以及风电机组主控系统实际输出电流i_sa,i_sb,i_sc和i_ga,i_gb,i_gc，分别计算机侧变流器和网侧变流器每相电流的相对残差r_sa,r_sb,r_sc和r_ga,r_gb,r_gc；

S400、分别依次对机侧变流器每相电流的相对残差r_sa,r_sb,r_sc和网侧变流器每相电流的相对残差r_ga,r_gb,r_gc进行运算处理得到对应的故障检测变量N_sa,N_sb,N_sc和N_ga,N_gb,N_gc；

S500、根据机侧变流器故障检测变量N_sa,N_sb,N_sc的最大值d_S1和中位数d_S2设计自适应阈值D_s，同理根据网侧变流器故障检测变量N_ga,N_gb,N_gc的最大值d_g1和中位数d_g2设计自适应阈值D_g；

S600、将机侧变流器和网侧变流器中各相的故障检测变量与相应的自适应阈值进行比较，如果k相的故障检测变量与自适应阈值之差的绝对值超过可靠临界值ε，则检测标志量F_k置1，判定该相发生开路故障，进行故障定位；否则检测标志量F_k置0，判定无故障发生；

S700、根据故障相电流在一个基波周期的移动时间窗内的平均值L_sk或L_gk和定位阈值M_s或M_g区间确定单个故障功率管或双故障功率管的位置，具体地，将故障相电流一个基波周期的移动时间窗内的平均值与定位阈值区间的对比结果与故障诊断关系对照，确定单个故障功率管或双故障功率管的位置；

在步骤S100中，所述变频系统状态空间模型为：

其中，为x的微分量；状态变量x＝(i_sd i_sq i_gd i_gq)^T；输入变量u＝(u_sd u_sq u_gd u_gq)^T；输出变量y＝x；系统矩阵输入矩阵输出矩阵e＝(1 1 e_gd e_gq)^T；

其中，ψ_f为永磁体励磁磁链；ω_s为电机同步转速；R_s为定子绕组；L_sd,L_sq分别为定子dq轴电感分量且L_sd＝L_sq；e_gd,e_gq分别为电网电压dq轴分量；ω_g为电网同步旋转角速度；R_g为交流侧等效电阻；L_gd,L_gq分别为等效电感dq轴分量且L_gd＝L_gq；

在步骤S200中，所述龙伯格电流观测器为：

其中,为x的估计量,输出状态反馈矩阵矩阵K根据风电机组主控系统已有电气参数进行求解；通过龙伯格电流观测器得到机侧变流器和网侧变流器在dq坐标系下的实时估计电流和进一步通过dq/abc的Park逆变换分别转换成abc坐标下的实时估计电流和其公式为：

其中

其中

在步骤S300中，分别计算机侧变流器和网侧变流器每相电流的相对残差，以k相电流为例，记作r_sk和r_gk，其公式为：

其中k代表abc三相；

在步骤S400中，分别对机侧变流器和网侧变流器k相电流的相对残差r_sk和r_gk进行如下运算：

S401、对r_sk和r_gk进行指数变换得出对应R_S1和R_g1，具体公式如下：

R_s1＝(1/2)^∧(r_sk-1)；R_g1＝(1/2)^∧(r_gk-1)；

S402、对R_S1和R_g1进行幅值重构得出对应的R_S2和R_g2，具体公式如下：

S403、对R_S2和R_g2经过低通滤波，分别得到对应的故障检测变量N_sk和N_gk；

在步骤S500中，设计自适应阈值D_s和D_g的公式为：

其中，a和b根据来确定；

在步骤S600中，机侧变流器和网侧变流器的k相故障检测标志变量F_sk和F_gk的公式为：

其中，k代表abc三相；

可靠临界值ε_s和ε_g的计算公式分别为：

在步骤S700中，定位阈值区间按照故障功率管的所在相位和桥臂划分为：M₁∈[-∞,-M]，M₂∈[M,+∞]，M₃∈(-M,M)，M代表机侧定位阈值M_s和网侧定位阈值M_g；定位阈值的计算公式分别为和其中A_s和A_g分别代表机侧变流器电流和网侧变流器电流的峰值。