曲忠杰 張志艷 李麗

摘要：針對永磁同步發(fā)電機定子繞組匝間短路故障問題，在分析PMSG通用數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，引入匝間短路故障因子，推導(dǎo)出三相靜止坐標系下的定子繞組匝間短路故障數(shù)學(xué)模型;然后基于Matlab/Simulink建立了仿真模型，采用時域仿真分析法和FFT分析，研究了PMSG分別在正常和定子A相繞組匝間短路不同嚴重程度下的運行工況.結(jié)果表明：PMSG定子電流的值會隨故障嚴重程度的加劇而增大，只有當(dāng)定子繞組的短路匝數(shù)達到一定數(shù)目時，對應(yīng)的定子電流的幅值變化才會比較明顯.

關(guān)鍵詞：永磁同步發(fā)電機; 匝間短路; 數(shù)學(xué)模型仿真

中圖分類號：TM712文獻標識碼：ADOI：10.3969/j.issn.2096-1553.2019.01.014

文章編號：2096-1553（2019）01-0101-08

0 引言

在新能源發(fā)電形式中， 風(fēng)能以其環(huán)保、可再生、蘊藏量豐富等特點成為最具開發(fā)潛力的清潔能源之一.目前雙饋風(fēng)電機組是使用最為普遍的一種風(fēng)電機型[1]，然而近年來，隨著新型電機控制理論和稀土永磁材料技術(shù)的快速發(fā)展，永磁同步發(fā)電機PMSG （permanent magnet synchronous generator）已成為一種發(fā)展較快的新型發(fā)電機[2].PMSG具有氣隙磁密度高、轉(zhuǎn)矩脈動小、轉(zhuǎn)矩/慣量比大的優(yōu)點，與傳統(tǒng)的異步發(fā)電機相比，節(jié)能效果明顯、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、維護容易、運行穩(wěn)定、可靠性高、輸出轉(zhuǎn)矩大[3]，因此得到了越來越廣泛的應(yīng)用和重視.永磁同步風(fēng)力發(fā)電機定子繞組匝間短路故障是一種常見故障，破壞性很強，常帶來經(jīng)濟損失和人員傷亡，因而及早發(fā)現(xiàn)該電機故障具有非常重要的意義[4].目前，國內(nèi)外針對電機短路故障的識別與診斷提出了很多有效的辦法[5-11].文獻[5]基于小波熵分析提取故障信號，對電機故障進行診斷.文獻[6]基于轉(zhuǎn)子電流和線圈電壓，通過分析諧波分量診斷雙饋發(fā)電機定子匝間故障，并進行了仿真分析.文獻[7]基于參數(shù)模型，在Matlab /Simulink環(huán)境下建立電機矢量控制仿真模型，針對不同故障程度對永磁同步電機定子繞組匝間短路故障進行了研究.文獻[8]提出通過分析轉(zhuǎn)子電流調(diào)制信號來檢測雙饋電機定子繞組故障，并給出了該方式適用的系統(tǒng).文獻[9]基于Lissajous方法將交流電機定子三相電流和電壓提供的信息融合成動態(tài)圖形，并應(yīng)用Lissajous傾角對電機定子匝間短路故障進行診斷.文獻[10-11]均研究了雙饋感應(yīng)發(fā)電機定子匝間短路故障的特性：其中，文獻[10]是基于匝間短路故障時的電磁特性，對正常情況和不同程度匝間短路故障情況進行了仿真計算，并分別對定子側(cè)電流和轉(zhuǎn)子側(cè)電流進行頻譜分析，得到了諧波變化規(guī)律;而文獻[11]是以負序電流作為故障特征量進行診斷，建立雙饋異步發(fā)電機仿真模型，通過改變模型中短路匝數(shù)和短路電阻的大小實現(xiàn)了匝間短路故障模擬.以上文獻主要是對常規(guī)電機，或是作為市場主流機型的雙饋電機的故障診斷，而針對永磁電機尤其是永磁風(fēng)力發(fā)電機的匝間短路故障診斷研究較少.鑒于此，本文在分析電機傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，擬建立abc坐標下的PMSG定子匝間短路故障的數(shù)學(xué)模型，并基于Matlab/Simulink建立仿真模型，研究PMSG出現(xiàn)定子繞組匝間短路故障時定子相電流的特征，以期為PMSG定子繞組故障診斷提供理論依據(jù).

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