[发明专利]PMSG系统变流器开路故障诊断方法及装置

说明书

本发明公开一种PMSG系统变流器开路故障诊断方法及装置，该方法步骤包括：S1.选取出引起PMSG系统状态发生变化的故障特征加入备用特征池中；S2.将备用特征池中的各故障特征进行三维投影，判断各故障特征对故障位置、风速的灵敏状态，筛选出对故障位置灵敏、对风速不灵敏的故障特征；S3.计算筛选出的各故障特征在不同风速条件、故障条件下类内距离；S4.根据故障特征的灵敏状态以及类内距离，筛选故障特征得出最终的目标故障特征；S5.提取各目标故障特征的样本数据，训练非线性网络得到故障诊断模型，以实现对变流器开路故障诊断。本发明具有实现方法简单、诊断效率以及精度高、灵活性强等优点。

技术领域

本发明涉及PMSG(Permanent Magnet Synchronous Generator，永磁同步风力发电机)系统技术领域，尤其涉及一种PMSG系统变流器开路故障诊断方法及装置。

背景技术

PMSG是风力发电系统最常见发电机机型之一，其驱动系统中的变流器是PMSG中的关键器件。PMSG风电系统能否安全并网运行，是以该关键器件变流器运行正常为前提。但变流器的主要组成部件是电力电子器件，对环境敏感度高。在实际运行工况中，变流器的故障率一直位于风电系统电气故障首位，其中开关开路故障是最常见的故障形式之一。该开关开路故障发生后不会引起过电流过电压，考虑并网运行的经济性，故障发生后PMSG系统依旧并网运行，即系统保持非正常并网运行。但是若故障长期潜伏存在，其他电气设备运行压力逐渐上升，二次故障的风险会显著提升，威胁到电网的安全，最终极有可能进一步演变成发生更严重的故障问题。因此，实现PMSG驱动系统机侧变流器中开关开路故障的检测对于PMSG系统的安全稳定运行具有重要的意义。

PMSG驱动系统机侧变流器中续流二极管工作可靠性较功率开关要更高，但是仍然可能会导致单功率开关开路故障。在单功率开关开路故障情况下，续流二极管可与其他器件构成供故障相定子电流双向流通的通道。即开路故障诱因是单功率管时，故障电流可以通过续流二极管导通，形成双向流通。而由于电流偏差较小、故障特征不明显，单功率开关开路故障的故障隐蔽性较高，不易于被检测。

目前针对开关开路故障的诊断方法主要有模型分析法与信号分析法两类，其中模型分析法是通过构建分析模型来实现故障诊断分析，但是对模型精确度要求较高，适用于输入输出关系较简单的系统。信号分析法是当前实现故障诊断较为常用的方式，其中，电流故障诊断方法因无需添加传感器、成本低等优点而被广泛应用。但是传统基于电流特性的故障诊断方法通常是针对整管开路故障，整管开路故障的故障电流呈单极性，故障特征会较单功率管开路故障更明显。而发生单功率开关开路故障时，故障电流已存在非线性畸变，瞬时畸变幅度大小和方向都是无规律的，且电流信号负载特性明显，会使得故障特征凸显捕捉受阻或特征表征能力有限。因而传统基于电流特性的故障诊断方法为确保诊断效果，必须高度依赖于对故障特征的凸显捕捉能力。针对于故障特征的选取，现有技术中通常是依赖于经验或专家知识进行特征选取，不仅效率低，而且所选取的故障特征的凸显以及特征表征能力仍然有限，从而使得故障诊断的精度仍然不高。

有从业者提出在特征提取过程中，通过考虑不同故障位置的特性选取出所需的特征以提高故障诊断有效性，但是该类方式通常都是仅单一的考虑故障位置特性，即特定针对故障位置特性选取出相应的特征，并不考虑对风速等其他因素的敏感性问题，而依据单一的故障位置特性所选取出的特征仍然无法完整、准确的表征PMSG系统变流器开路故障状态，因而仍然无法精准的诊断出故障。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种实现方法简单、诊断效率以及精度高的PMSG系统变流器开路故障诊断方法及装置，不需要依赖于经验选择特征，可以有效提取特征凸显以及表征能力强的故障特征构建诊断模型，实现高效、精准的PMSG系统变流器开路故障诊断。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种PMSG系统变流器开路故障诊断方法，步骤包括：