一种永磁同步发电机匝间短路故障鲁棒检测方法技术

本发明专利技术公开了一种永磁同步发电机匝间短路故障鲁棒检测方法，该方法通过建立永磁同步发电机匝间短路故障数学模型，确定旋转坐标系中dq电流、dq电压和直流侧电压中的二次谐波为故障检测特征量，研究了故障检测特征量随电流调节器和电压调节器带宽变化的演变规律，提出了自适应调节器带宽变化的永磁同步发电机匝间短路故障检测方法，其中一个故障检测指标简单实用，另一个检测指标通过加权q轴电流、q轴电压和直流侧电压中的故障检测特征量提高检测的准确性，实验验证了所提匝间短路故障检测方法的有效性。本发明专利技术的有益效果是，简单实用，且准确率高。且准确率高。且准确率高。

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步发电机匝间短路故障鲁棒检测方法


[0001]本专利技术涉及永磁同步发电机定子绕组匝间短路故障检测
，特别是一种永磁同步发电机匝间短路故障鲁棒检测方法。

技术介绍

[0002]永磁同步发电机(PMSG)广泛应用于航空航天、轨道交通、可再生能源等领域，是装备制造业的重要组成部分。PMSG遍及各个领域的同时，也产生了关键系统的可靠性问题。匝间短路故障是PMSG最常见的故障之一，严重威胁电机的安全运行。因此，PMSG匝间短路故障的可靠检测尤其重要，及时采取有效措施避免灾难性故障。
[0003]国内外学者已经提出了许多电机定子匝间短路故障检测方法，这些方法大多基于信号分析。基于电机电流特征分析(MCSA)和机器电压特征分析(MVSA)的故障检测方法具有非侵入性、适应性广、故障信号源易获得等优点而被广泛使用。定子电流中边频分量的幅值可以检测匝间短路故障和评估故障严重度，基于对称分量分析方法的零序和负序分量可作为故障检测指标。此外，利用高频信号注入、Park电流和电压矢量、轴向漏磁通、电磁转矩和序阻抗等分析方法也能实现故障检测。
[0004]基于闭环控制策略的PMSG广泛用于机电系统中。在闭环控制系统中，几乎所有的电气变量对调节器带宽都很敏感，因此当使用不同的调节器或改变调节器带宽时，会抑制这些信号中故障信息的表达，基于电机信号分析的匝间短路故障检测可能会失效。然而，目前的检测方法没有考虑闭环调节器带宽对故障信息的影响，这些方法对调节器带宽的鲁棒性有待验证。一般来说，在永磁同步电机(PMSM)的闭环驱动系统中，故障信息分布在电流、电压和电磁转矩之间，而且故障信息在这些电气变量中的幅值和分布程度随着速度和电流调节器带宽的变化而变化。因为闭环控制极大地改变了电气信号的行为，使分析变得复杂，因此闭环调节器带宽在故障检测方面的研究不多。目前在变频电机上验证了电流调节器带宽对匝间短路故障检测的影响，然而，发电机和电动机的工作状态不同，这些方法应用于发电机的有效性还有待验证。如上所述，分析调节器带宽对PMSG电气变量的影响，然后提出一种可靠的匝间短路故障检测方法，是非常必要和有意义的。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决上述问题，设计了一种永磁同步发电机匝间短路故障鲁棒检测方法。
[0006]实现上述目的本专利技术的技术方案为，一种永磁同步发电机匝间短路故障鲁棒检测方法，该方法包括两个部分：第一部分是对电流调节器带宽具有鲁棒性的匝间短路故障检测；第二部分是对电流调节器和电压调节器带宽具有鲁棒的匝间短路故障检测。
[0007]所述对电流调节器带宽具有鲁棒性的匝间短路故障检测是利用故障状态下二次谐波与健康状态下二次谐波的幅值之比来实现的，将故障后直流侧电压二次谐波记为：v
fdc2
，将故障前直流侧电压二次谐波记为：v
dc2
，二者的比值记为：a
vdc
，a
vdc
能够作为故障检
测指标，其如下式所示：
[0008][0009]所述a
vdc
在健康状态下的值是1，在故障状态下大于1，由于直流侧电压中故障特征量不受电流调节器带宽的影响，所以利用故障前后二次谐波的比值能够可靠检测匝间短路故障，对电流调节器带宽具有鲁棒性，所述幅值之比是指电流比和电压比。
[0010]所述对电流调节器和电压调节器带宽具有鲁棒的匝间短路故障检测是将匝间短路故障后q轴电流、q轴电压和直流侧电压中的二次谐波与故障前q轴电流、q轴电压和直流侧电压中的二次谐波的比值进行加权，以此作为故障检测指标；q轴电流记为：i
q
，q轴电压记为：v
q
，直流侧电压记为v
dc
，所述i
q
、v
q
和v
dc
在匝间短路之后的二次谐波幅值与匝间短路之前的二次谐波幅值的比值分别记为：a
iq
、a
vq
和a
vdc
；选择 a
iq
和a
vq
中较大者与a
vdc
进行加权，表达式为：
[0011][0012]由式(29)可以得出，该故障检测指标是i
q
(或v
q
)和v
dc
中二次谐波比值的加权和，权重w
iq
(或w
vq
)和w
vdc
应随着电流调节器和电压调节器带宽的变化而变化，权重的分配规则如下：
[0013][0014]由于健康状态下故障检测指标结果为1，因此通过在线计算得到故障状态下检测指标的数值就等于健康状态下的倍数。
[0015]在不同的调节器带宽下，匝间短路故障后q轴电流、q轴电压和直流侧电压中的二次谐波与故障前q轴电流、q轴电压和直流侧电压中的二次谐波的比值进行加权的权重是不同的，比值越小权重越低，比值越大权重越高，这样才能让检测指标对调节器带宽有较高的鲁棒性，从而实现可靠检测。
[0016]有益效果
[0017]利用本专利技术的技术方案制作的一种永磁同步发电机匝间短路故障鲁棒检测方法，其具有如下优势：
[0018]1、本方法能够始终适应电流和电压调节器带宽的变化，其中一个故障检测指标是简单实用的故障检测指标，另一个故障检测指标对q 轴电流、q轴电压和直流测电压的二次谐波进行加权，以提高检测精度；
[0019]2、本方法中一个故障检测指标具有简单实用的效果，只需要在线计算故障前后二次谐波幅值之比就能够实现匝间短路故障的检测，具有计算量小、存储要求低的显著优点。
附图说明
[0020]图1是本专利技术所述PMSG双环稳压控制结构框图；
[0021]图2是本专利技术所述永磁同步发电机定子匝间短路故障等效电路图；
[0022]图3是本专利技术所述同步旋转坐标系电流闭环控制框图；
[0023]图4是本专利技术所述匝间短路故障时不同电流调节器带宽下的dq电流和电压中二次谐波幅值图；
[0024]图5是本专利技术同步旋转坐标系电压闭环控制框图；
[0025]图6是本专利技术所述匝间短路故障时不同电压调节器带宽下的q轴电流、q轴电压和直流侧电压中二次谐波幅值图；
[0026]图7是本专利技术实施例1所述PMSG匝间短路故障检测试验平台的实物图；
[0027]图8是本专利技术实施例1所述故障相绕组构成示意图；
[0028]图9是本专利技术实施例1所述名匝间短路故障前后不同电流调节器带宽下dq电流、dq电压和直流侧电压中二次谐波幅值图；
[0029]图10是本专利技术实施例1所述匝间短路故障前后不同电压调节器带宽下q轴电流、q轴电压和直流侧电压中二次谐波幅值图；
[0030]图11是本专利技术实施例1所述匝间短路故障前后不同电流和电压调节器带宽下q轴电流、q轴电压和直流侧电压中二次谐波幅值图；
[0031]图12是本专利技术实施例1所述不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步发电机匝间短路故障鲁棒检测方法，其特征在于，该方法包括两个部分：第一部分是对电流调节器带宽具有鲁棒性的匝间短路故障检测；第二部分是对电流调节器和电压调节器带宽具有鲁棒的匝间短路故障检测。2.根据权利要求1所述的一种永磁同步发电机匝间短路故障鲁棒检测方法，其特征在于，所述对电流调节器带宽具有鲁棒性的匝间短路故障检测是利用故障状态下二次谐波与健康状态下二次谐波的幅值之比来实现的，将故障后直流侧电压二次谐波记为：v
fdc2
，将故障前直流侧电压二次谐波记为：v dc2
，二者的比值记为：a
vdc
，a
vdc
能够作为故障检测指标，其如下式所示：3.根据权利要求2所述的一种永磁同步发电机匝间短路故障鲁棒检测方法，其特征在于，所述a
vdc
在健康状态下的值是1，在故障状态下大于1，由于直流侧电压中故障特征量不受电流调节器带宽的影响，所以利用故障前后二次谐波的比值能够可靠检测匝间短路故障，对电流调节器带宽具有鲁棒性，所述幅值之比是指电流比和电压比。4.根据权利要求1所述的一种永磁同步发电机匝间短路故障鲁棒检测方法，其特征在于，所述对电流调节器和电压调节器带宽具有鲁棒的匝间短路故障检测是将匝间短路故障后q轴电流、q轴电压和直流侧电压中的二次谐波与故障前q轴电流、q轴电压和直流侧电压中的二次谐波的比值进行加权，以此作为故障检测指标；q轴电流记为：i
q
，q轴电压记为：v...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛峰，冯伟，曹明哲，黄少坡，吴立建，黄晓艳，张健，孙庆国，李奎，方攸同，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：