本發(fā)明屬于開路故障診斷，具體涉及一種針對風(fēng)電并聯(lián)變流系統(tǒng)的開路故障診斷方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

2、深遠(yuǎn)海風(fēng)力資源具有巨大的開發(fā)潛力，因其風(fēng)速更加穩(wěn)定、靠近電力負(fù)荷中心等優(yōu)點(diǎn)，已成為風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。然而，由于深遠(yuǎn)海環(huán)境的復(fù)雜性及其建設(shè)成本較高，海上風(fēng)力資源的開發(fā)面臨諸多挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對這些問題并提升海上風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的競爭力，關(guān)鍵在于提高單臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電容量，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電成本的降低。因此，采用大容量海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)已成為行業(yè)發(fā)展趨勢。隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)額定功率的逐步提升，單一變流器已無法滿足其功率需求。為此，將多個(gè)風(fēng)電變流器并聯(lián)運(yùn)行已成為提升風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)容量和可靠性的有效方案。

3、海上風(fēng)電所處的惡劣環(huán)境，嚴(yán)重影響了電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。同時(shí)，隨著風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)容量的增加，風(fēng)電變流系統(tǒng)的故障率也相應(yīng)上升。其中，開路故障是風(fēng)電變流器中常見的故障類型，其會引發(fā)三相電流或電壓的惡化，進(jìn)而引發(fā)其他部件的二次故障，甚至導(dǎo)致整個(gè)變流器系統(tǒng)停機(jī)。因此，對風(fēng)電并聯(lián)變流器系統(tǒng)進(jìn)行開路故障診斷和故障定位，是降低維修成本和提高系統(tǒng)可靠性的重要措施。

4、young-jong?ko針對并聯(lián)兩電平變流系統(tǒng)，提出電流矢量形狀法，通過分析兩個(gè)周期內(nèi)的定子電流模式來檢測變流器故障，診斷時(shí)間為一個(gè)電流基波周期。ahmed?shahin針對并聯(lián)兩電平變流系統(tǒng)，結(jié)合d-q軸電流及零序環(huán)流在功率器件故障時(shí)的特征進(jìn)行功率器件故障診斷。而bo?long針對三電平變流器采用機(jī)理與數(shù)據(jù)聯(lián)合驅(qū)動的故障診斷方法，在離線模型分析和學(xué)習(xí)階段，建立?t?型三電平逆變器的分析模型，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，并創(chuàng)建故障診斷變量數(shù)據(jù)池，同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集和變量優(yōu)化來為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供準(zhǔn)確的輸入。在線故障診斷階段，利用訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行故障定位和診斷，提高了診斷的準(zhǔn)確性和效率，解決了垂直和水平橋臂故障特征可能相似而影響診斷準(zhǔn)確性的問題。

5、以上方法中，young-jong?ko提出的電流矢量形狀法，需要對一個(gè)基波周期的電流進(jìn)行采樣分析，其診斷時(shí)間過長。而ahmed?shahin提出的結(jié)合d-q軸電流及零序環(huán)流的故障診斷方法，其適用工況單一，對參數(shù)敏感性高。而bo?long提出的機(jī)理數(shù)據(jù)融合的故障診斷方法僅針對三電平變流器，其診斷依據(jù)是功率器件故障時(shí)，直流側(cè)中性點(diǎn)上側(cè)與下側(cè)的電容電壓會發(fā)生變化。而并聯(lián)兩電平變流系統(tǒng)并沒有直流側(cè)中性點(diǎn)，其直流側(cè)電容電壓在功率器件故障時(shí)并不會發(fā)生變化，因此該方法并不適用于并聯(lián)兩電平變流系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種針對風(fēng)電并聯(lián)變流系統(tǒng)的開路故障診斷方法及系統(tǒng)，本發(fā)明基于預(yù)測控制框架下，計(jì)算三相電流殘差；設(shè)計(jì)卷積核，對三相電流殘差進(jìn)行卷積故障特征提取，以放大三相電流殘差在故障時(shí)的特征；根據(jù)特征值及卷積核設(shè)置故障閾值，以進(jìn)行故障診斷與定位；本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)診斷迅速，同時(shí)不受工況影響，參數(shù)敏感性低，提高了系統(tǒng)的可靠性和可用性。

2、根據(jù)一些實(shí)施例，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種針對風(fēng)電并聯(lián)變流系統(tǒng)的開路故障診斷方法，包括以下步驟：

4、根據(jù)風(fēng)電并聯(lián)變流系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和電氣參數(shù)，構(gòu)建風(fēng)電并聯(lián)變流系統(tǒng)的連續(xù)模型；

5、預(yù)測并聯(lián)變流系統(tǒng)的網(wǎng)側(cè)輸出電流；

6、基于預(yù)測的網(wǎng)側(cè)輸出電流和所述連續(xù)模型，計(jì)算三相電流殘差；

7、設(shè)置卷積核及滑窗系數(shù)，對三相電流殘差按照三相電流殘差均方根的最大值進(jìn)行歸一化，之后對歸一化的三相電流殘差進(jìn)行卷積故障特征提??；

8、對比提取到的特征值和預(yù)設(shè)的故障閾值，基于對比結(jié)果，進(jìn)行故障診斷與定位。

9、作為可選擇的實(shí)施方式，所述風(fēng)電并聯(lián)變流系統(tǒng)為兩電平風(fēng)電并聯(lián)變流系統(tǒng)。

10、作為可選擇的實(shí)施方式，構(gòu)建風(fēng)電并聯(lián)變流系統(tǒng)的連續(xù)模型的過程包括：利用柵極信號定義兩電平并聯(lián)風(fēng)電變流系統(tǒng)的開關(guān)管狀態(tài)，結(jié)合兩電平并聯(lián)風(fēng)電變流系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)果，應(yīng)用基爾霍夫電壓定律，得到兩電平并聯(lián)風(fēng)電變流系統(tǒng)的連續(xù)模型為：

11、；

12、其中，和分別表示輸出相電流和電壓，x為a、b或c；m為1或2，表示變流系統(tǒng)中的變流器編號；,,為三相電壓源的電壓，輸出相電壓，和為濾波電感和濾波電阻。

13、作為可選擇的實(shí)施方式，使用模型預(yù)測電流控制方法預(yù)測并聯(lián)變流系統(tǒng)的網(wǎng)側(cè)輸出電流。

14、作為可選擇的實(shí)施方式，計(jì)算三相電流殘差的過程包括：建立代價(jià)函數(shù)，對于采樣時(shí)間下的變流器相電流進(jìn)行離散化，通過前向歐拉逼近代替行相電流導(dǎo)數(shù)，利用修改后的公式取代并聯(lián)風(fēng)電變流系統(tǒng)的連續(xù)模型，計(jì)算得到三相電流殘差。

15、作為進(jìn)一步的實(shí)施方式，所述代價(jià)函數(shù)為：

16、；

17、式中，是指預(yù)測變流器相應(yīng)相電流矢量；是相應(yīng)相參考電流矢量，x為a、b或c，m為1或2，表示變流系統(tǒng)中的變流器編號。

18、作為可選擇的實(shí)施方式，設(shè)置卷積核及滑窗系數(shù)，對三相電流殘差進(jìn)行卷積故障特征提取的過程包括：

19、設(shè)置階躍卷積核，設(shè)置滑窗的窗口大小為卷積核的長度；

20、將網(wǎng)側(cè)三相電流殘差按照三相電流殘差均方根的最大值進(jìn)行歸一化；

21、對滑窗內(nèi)的三相電流殘差歸一化數(shù)據(jù)進(jìn)行卷積計(jì)算。

22、作為可選擇的實(shí)施方式，故障閾值設(shè)置為，計(jì)算，若其大于thrl，則x相下管故障，若其小于-thrl，則x相上管故障，x為a、b或c， k時(shí)刻滑窗卷積計(jì)算結(jié)果， kl為滑窗的窗口大小，。歸一化后的電流殘差為，，rms()和rms()為滑窗內(nèi)三相電流殘差的均方根，和為三相電流殘差重均方根的最大值。

23、一種針對風(fēng)電并聯(lián)變流系統(tǒng)的開路故障診斷系統(tǒng)，包括：

24、模型構(gòu)建模塊，被配置為根據(jù)風(fēng)電并聯(lián)變流系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和電氣參數(shù)，構(gòu)建風(fēng)電并聯(lián)變流系統(tǒng)的連續(xù)模型；

25、電流預(yù)測模塊，被配置為預(yù)測并聯(lián)變流系統(tǒng)的網(wǎng)側(cè)輸出電流；

26、電流殘差計(jì)算模塊，被配置為基于預(yù)測的網(wǎng)側(cè)輸出電流和所述連續(xù)模型，計(jì)算三相電流殘差；

27、故障特征提取模塊，被配置為設(shè)置卷積核及滑窗系數(shù)，對三相電流殘差進(jìn)行歸一化，并通過卷積計(jì)算提取故障特征；

28、故障診斷模塊，被配置為對比提取到的特征值和預(yù)設(shè)的故障閾值，基于對比結(jié)果，進(jìn)行故障診斷與定位。

29、一種電子設(shè)備，包括存儲器和處理器以及存儲在存儲器上并在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)指令，所述計(jì)算機(jī)指令被處理器運(yùn)行時(shí)，完成上述方法中的步驟。

30、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

31、本發(fā)明相比傳統(tǒng)方法，對三相電流殘差進(jìn)行歸一化后再進(jìn)行滑窗卷積特征提取，使得故障特征不會隨著系統(tǒng)參數(shù)的變化而變化，具有參數(shù)脫敏性；

32、本發(fā)明利用系統(tǒng)已有的電流傳感器，不需要額外增設(shè)硬件，從而降低了經(jīng)濟(jì)成本；

33、本發(fā)明所提方法,由于無需修改控制策略，更易拓展到各類拓?fù)渲小?/p>

34、為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說明如下。