荣先无，姚鹏，段其昌（1上海电器科学研究所（集团）有限公司，上海200063；2重庆大学自动化学院，重庆400044）

    摘要：分析了功率开关开路故障对双馈风力发电机的电流和其他变量的影响，提出了一种基于电流信号平均值的开路故障诊断方法，该方法适用r双馈风力发电系统舣脉宽捌制( PWMl变流器中单个或两个功率开关的开路故障诊断。针对诊断系统容易在同步速或同步速附近发生误报的情况，提出了一种新的误报抑制策略，即分别在亚同步和超同步速下，通过改变采样数据存存储器中的存储方向来消除因为电流波形在问步速附近的对称关系引起的洪报。仿真结果表明，该方法不仅能完全消除误报，而且能陕速准确地诊断出开路故障的位置和类型。

    关键词：双馈风力发电机；双脉宽调制变流器；开路故障诊断

中图分类号：TM4文献标识码：A文章编号：1673-6540( 2009) 12-0047-05

0 引  言

    风力发电系统的可靠性研究是当前风力发电领域的热门课题，在双馈风力发电系统中，双脉宽调制(PWM)变流器（见图1）是最容易发生故障的环节之一【1】，功率开关的短路故障和开路故障是其中比较典型的弱种故障。针对短路故障诊断的研究已非常深入，并且已经有一些标准的保护模块？对于开路故障诊断的研究，目前也取得了一些基础性的成果【2-7】。其中，文献[2]利用电机电流Park向量的平均值来诊断开路故障；在文献[3]中控制偏差法被用于诊断系统的开路故障；文献[4]提出利用线电流的直流分量来分析开路故障，此外，文献[4]还通过DFT计算出线电流的一阶谐波系数，以获得不依赖实际负载的诊断变量；文献[5，6]对文献[2-4]提出的方法进行了分析和对比，产生误报是这些方法的共同映点；文献[7]根据上述方法，提出了针对风电系统的两种开路故障诊断方法。这两种方法的开路故障诊断

速度较快，但同样也存在在外部影响或转子电流频率为零附近时发生误报的问题，并且转子在同步速时运行的时间越长，误报的时间就越长，上述诊断方法一般通过加入死区时间或采用相应的故障抑制算法来消除一些时间比较短的误报【7】，但是都不能从根本上解决误报问题。

针对七述问题，本文首先讨论了开路故障对系统其他状态变量的影响，在总结已有方法的基础上，提出一种适用于双馈风力发电系统的开路故障诊断方法，这种方法可以完全消除由于系统外部环境影响以及在同步速附近时发生的误报问题，并通过仿真对该方法进行了验证。

    双PWM变流器是由两个电压源逆变器背靠背连接在一起的，也叫背靠背变流器，在双馈风电系统中，功率可在双PWM变流器中双向流动。亚同步速时，来自电网的电功翠经受流器流向双馈风力发电机( DFIC)的转子；超同步速时，来自风力机的转差功率经变流器流向电网，在变流器传输功率较低时，变流器功率开关的开路故障是一种短时间内不会导致系统崩溃的故障，但是如果长时间带这种故障运行，将会使系统部件产生不可逆的损坏，图2显示了功率开关T₁发生开路故障时一些系统变量的变化。总的来说，开路故障对双馈风电系统的影响主要表现在以下几个方面：(1)造成DFIG的电磁转矩产生较大脉动，进而导致电机转子的波动，如果长时间带故障运行，则有可能导致电机转子和与其同轴的齿轮箱在交

变应力作用下发生疲劳损坏；(2)输往电网的有、无功功率发生波动，且造成电网谐波污染；(3)降低电容的使用寿命；(4)输出功率较大时，容易导致变流器其他正常工作的功率开关过流。

在双PWM变流器中，网侧变流器的主要功能是保证直流侧电压幅值恒定，同时还具有调节网侧无功功率的作用，转子侧变流器的主要作用是调节和解耦输出的有、无功功率，并保证系统在不同风速下，执行不同的工作模式，其具有的功能更多，相对于网侧变流器，转子侧变流器的开路故障对电机、电网和风力机的影响更大，本文着重讨论转子侧的开路故障。

功率开关的开路故障会导致相应的变流器桥臂无法导流，各输入、输出相电流也会因此发生形

不是相应的相电流