考虑海洋环境影响的DFIG定子绕组短路特征挖掘与早期故障辨识
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:51907115
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:25.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:E0703.电机及其系统
- 结题年份:2022
- 批准年份:2019
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2020-01-01 至2022-12-31
- 项目参与者:--
- 关键词:
项目摘要
Offshore wind power has been developed rapidly, however it still faces significant challenges, such as poor accessibility, high failure rate, difficult maintenance, etc. The stator winding is an important component of the offshore doubly-fed wind turbine (DFIG). Due to the harsh marine environment and fault tolerant characteristics of the converter, it is a tremendous challenge to detect the stator windings short-circuit fault at the early stage. This project focuses on the analysis of the coupling mechanism and decoupling problem of marine environment, the fault-tolerant characteristics of converter and the early fault features of the offshore DFIG stator windings. Based on the correlation analysis between the fault mechanism and the behavior characteristics, this project investigates the theories and methods of the feature mining and the early fault identification of the DFIG stator windings short-circuit considering the effects of marine environment. In this project, an accurate and convenient grid-connected model of DFIG windings faults is built. The coupling rules of the marine environment and the fault characteristics of DFIG stator windings fault are studied. Moreover, the new characteristics adaptable to complex offshore conditions with high sensitivity and reliability are obtained. Finally, an early fault identification method is proposed considering the fault-tolerant characteristics of offshore converters. Based on the comparison between the fault experiment and the real measurement of DFIGs at Donghai Bridge offshore wind farm, the early fault identification of the DFIG stator windings short circuit with the strong disturbances of the marine environment is realized. This project provides the scientific guidance for the safe operation of offshore wind farms. Moreover, it has important practical significance for the strategic implementation of offshore wind farm development and utilization in China.
海上风电发展势头迅猛,但面临可及性差、故障率高、维护困难等难题。定子绕组是海上双馈风力发电机(DFIG)的重要部件,受恶劣海洋环境及变流器容错特性干扰,其短路故障早期辨识面临巨大挑战。项目围绕海洋环境、变流器容错特性与海上DFIG定子绕组短路早期故障特征的耦合机理分析与解耦问题,通过故障机理与行为特征间的相关性分析,研究考虑海洋环境影响的DFIG定子绕组短路特征挖掘与早期故障辨识的理论和方法。构建精确便捷的DFIG绕组故障并网模型,研究海洋环境与DFIG定子绕组故障特征的耦合规律,挖掘适应海上复杂工况的高灵敏和高可靠的新特征,提出计及海上变流器容错特性的早期故障辨识方法。结合故障模拟实验,并与东海大桥海上DFIG实测数据对比分析,实现海洋强干扰状态下DFIG定子绕组短路早期故障辨识。项目研究为海上风电系统的安全运行提供科学指导,对我国海上风能开发与利用的海洋强国战略实施具有重要的现实意义。
结项摘要
海上风电开发是实现国家“3060”双碳战略的重要举措。随着我国海上风电的规模化、深远海化发展,更大的装机容量和更远的离岸距离,使得海上双馈风力发电机(DFIG)特有的可及性差、故障率高、维护困难的问题愈发突出,其早期故障辨识面临巨大挑战。.项目围绕海洋环境、变流器容错特性与海上DFIG定子绕组短路早期故障特征的耦合机理分析与解耦问题,通过故障机理与行为特征间的相关性分析,研究考虑海洋环境影响的DFIG定子绕组短路特征挖掘与早期故障辨识的理论和方法。.首先,构建了适应多平台无缝衔接的DFIG定子绕组内部短路故障模型。基于DFIG定子绕组短路早期故障特征的机理分析,提出了定子绕组在不同短路故障状态下电感参数的变化规律。通过对短路后电感参数的精确计算,构建基于多回路理论的定子绕组内部短路故障的电压方程及磁链方程,该模型可以实现定子绕组匝间、相间等不同短路故障的精确建模。在MATLAB软件中实现短路故障模型,DFIG并网变频器的控制系统仿真通过dSPACE平台实现,基于MATLAB与dSPACE平台的无缝连接,实现故障模型与实际变流器及控制系统的无缝衔接与多平台实时联动,为后续的故障辨识工作奠定了理论基础。.其次,研究了海洋环境与DFIG定子绕组故障特征的耦合规律,在早期故障特征信号原本微弱的情况下滤除海洋环境的干扰,提出了适应海上复杂工况的高灵敏和高可靠的新特征——基于电流的Park's矢量2倍频分量模和基于磁链的双侧磁链观测差,揭示了海上双馈风力发电机定子绕组匝间短路故障特征严重程度的变化规律。.最后,本项目实现了计及海上变流器容错特性的早期故障辨识。通过分析变流器有、无容错控制下对故障新特征的影响,利用对称阻抗偏移差量化预警门槛,可以在微小的差异下优化海上双馈风力发电机定子绕组的故障预警门槛。既保证了控制系统具备一定的容错特性,又具有更高的可靠性。结合定制的DFIG实物电机与半实物仿真平台,验证了本项目方法的可行性与有效性。.项目成果应用于东海大桥海上风电场,为海上风电系统的安全运行提供科学指导,对我国清洁能源战略和海洋强国战略实施具有十分重要的理论研究意义与工程实用价值。
项目成果
期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
考虑变流器容错特性的海上双馈风电机组绕组短路故障辨识
- DOI:--
- 发表时间:2021
- 期刊:可再生能源
- 影响因子:--
- 作者:米志伟;常彬;寇龙泽;张鑫;魏书荣
- 通讯作者:魏书荣
基于均匀分布阵列的海上多能联合发电规划及优化
- DOI:--
- 发表时间:2020
- 期刊:可再生能源
- 影响因子:--
- 作者:刘宁;米志伟;刘栋;谷怀广;魏书荣
- 通讯作者:魏书荣
考虑运行环境影响的海上双馈风电机组状态判别
- DOI:10.7500/aeps20210908004
- 发表时间:2022
- 期刊:电力系统自动化
- 影响因子:--
- 作者:魏书荣;闫梦飞;任子旭;符杨;王毅;王栋悦;潘捷
- 通讯作者:潘捷
基于机电信号融合的DFIG定子绕组匝间短路故障诊断
- DOI:10.7500/aeps20190913001
- 发表时间:2020
- 期刊:电力系统自动化
- 影响因子:--
- 作者:王栋悦;谷怀广;魏书荣;吴锐;符杨
- 通讯作者:符杨
Using Flux Linkage Difference Vector in Early Inter-Turn Short Circuit Detection for the Windings of Offshore Wind DFIGs
利用磁链差向量对海上风电双馈电机绕组进行早期匝间短路检测
- DOI:10.1109/tec.2021.3073007
- 发表时间:2021
- 期刊:IEEE TRANSACTIONS ON ENERGY CONVERSION
- 影响因子:4.9
- 作者:Fu Yang;Ren Zixu;Wei Shurong;Xu Yao;Li Fangxing
- 通讯作者:Li Fangxing
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其他文献
基于状态信息的风电机组维护研究综述
- DOI:--
- 发表时间:2020
- 期刊:中国电机工程学报
- 影响因子:--
- 作者:黄玲玲;符杨;任浩瀚;魏书荣;黄永生
- 通讯作者:黄永生
基于有线和无线设计的大型风电场通信系统
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:自动化仪表
- 影响因子:--
- 作者:黄玲玲;杨宁;魏书荣;符杨
- 通讯作者:符杨
大型海上风电场集电系统拓扑结构优化与规划
- DOI:--
- 发表时间:2013
- 期刊:电网技术
- 影响因子:--
- 作者:符杨;吴靖;魏书荣
- 通讯作者:魏书荣
太阳能光伏阵列集电网络规划与优化研究
- DOI:--
- 发表时间:2015
- 期刊:太阳能学报
- 影响因子:--
- 作者:魏书荣;符杨;黄玲玲
- 通讯作者:黄玲玲
海上风电场环形集电网络可用率等值计算方法
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:河海大学学报(自然科学版)
- 影响因子:--
- 作者:魏书荣;樊潇;黄苏融;符杨
- 通讯作者:符杨
其他文献
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