CN114841067A - 一种基于matlab的全功率风力发电变流器IGBT开路故障仿真方法 - Google Patents

一种基于matlab的全功率风力发电变流器IGBT开路故障仿真方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于matlab的全功率风力发电变流器IGBT开路故障仿真方法，包括采集模块、matlab软件、输入模块、仿真模型构建模块、训练模块、响应模块、开路故障特征模块、变流器机侧模块、变流器网侧模块，其中：在变流器机侧模块、变流器网侧模块中，外部驱动信号通过gate输入端接入IGBT，驱动信号将脉冲电压输送给IGBT的门级；本发明的有益效果是：利用终端通过可视化模块对仿真数据进行查看，能直接反映出故障过程中系统的稳态及瞬态反应，便于研发人员采样和分析；在matlab环境下搭建仿真模型，模拟IGBT在不同开路状态下机组的响应以及故障造成的开路故障特征，大大降低了研发成本；模型训练在云平台进行训练，有助于减小对计算机运行性能的影响。

Description

一种基于matlab的全功率风力发电变流器IGBT开路故障仿真 方法
技术领域
本发明属于全功率变流器技术领域，具体涉及一种基于matlab的全功率风力发电变流器IGBT开路故障仿真方法。
背景技术
风力发电作为解决能源问题的一种重要途径，已经受到世界各国的高度重视，并加以研究；近年来，全功率机组全球风电机组中的占比迅速增加，全功率变流器作为永磁直驱风力发电系统最核心部分，已经成为研究的重点；目前，全功率变流器采用双PWM电路拓扑结构来实现机侧和网侧的独立控制，是当今大功率风力发电系统发展的主流方向。
全功率变流器是直驱式永磁同步风力发电系统的核心部件和薄弱环节，变流器的故障会导致系统运行紊乱，影响系统可靠性；变流器一旦发生开路故障，如不及时处理，轻则导致电网电流波形畸变降低供电质量，重则将会影响整个风电机组的运行可靠性，引发更严重故障，甚至危及电网安全；针对风力发电机变流器的开路故障诊断研究越来越受到重视，但是在实际的并网发电过程中，如果对变流器IGBT采用强制开路，诱发开路故障，来观察机组的各相动态数据，是可以很好的分析出开路故障对机组的影响，但是这样做研发成本过高，对运行中的IGBT强制开路，容易引发一系列难以预知的后果，即便是对机组无结构性损伤，单个IGBT损坏替换的费用也很高；
为了模拟IGBT在不同开路状态下机组的响应以及故障造成的开路故障特征，并降低研发成本，为此我们提出一种基于matlab的全功率风力发电变流器IGBT开路故障仿真方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于matlab的全功率风力发电变流器IGBT开路故障仿真方法，模拟IGBT在不同开路状态下机组的响应以及故障造成的开路故障特征，并降低研发成本。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于matlab的全功率风力发电变流器IGBT开路故障仿真方法，包括采集模块、matlab软件、输入模块、仿真模型构建模块、训练模块、响应模块、开路故障特征模块、变流器机侧模块、变流器网侧模块，其中：
在变流器机侧模块、变流器网侧模块中，外部驱动信号通过gate输入端接入IGBT，驱动信号将脉冲电压输送给IGBT的门级，触发发射极与集电极的开通和分段；
所述采集模块用于采集IGBT开路故障的数据，并通过matlab软件对采集的IGBT开路故障数据进行处理；
所述仿真模型构建模块用于构建仿真模型；
所述训练模块与仿真模型构建模块通信连接，并对构建的仿真模型进行训练；
所述输入模块用于将处理后的IGBT开路故障数据输入到训练后的仿真模型中；
所述响应模块与训练模块通信连接，并用于模拟IGBT在不同开路状态下机组的响应；
所述开路故障特征模块与训练模块通信连接，用于显示故障造成的开路故障特征；
所述仿真方法如下：
步骤一：通过采集模块采集IGBT开路故障的数据，并通过matlab软件对采集的IGBT开路故障数据进行处理；通过仿真模型构建模块构建仿真模型；通过训练模块对构建的仿真模型进行训练；
步骤二：通过输入模块将处理后的IGBT开路故障数据输入到训练后的仿真模型中；通过响应模块模拟IGBT在不同开路状态下机组的响应；通过开路故障特征模块显示故障造成的开路故障特征。
作为本发明的一种优选的技术方案，所述变流器机侧模块gate输入端与IGBT驱动信号之间，设置了六个手动开关，分别代表A相上管开路信号，A相下管开路信号，B相上管开路信号，B相下管开路信号，C相上管开路信号，C相下管开路信号。
作为本发明的一种优选的技术方案，所述构建的仿真模型进行训练的方法如下：
步骤一：获取模型训练数据和模型训练算法；
步骤二：将模型训练数据和模型训练算法发送至云平台进行训练，得到目标模型。
作为本发明的一种优选的技术方案，所述仿真模型构建方法如下：
步骤一：IGBT开路故障数据进行整理，分成训练和测试两部分；
步骤二：IGBT开路故障输入到支持向量机中展开学习，结合遗传算法选择参数优化；
步骤三：将所得的最优参数带入到模型中，实现IGBT开路故障仿真模型的构建。
作为本发明的一种优选的技术方案，所述通信连接的方式为WIFI、5G中的一种。
作为本发明的一种优选的技术方案，还包括可视化模块以及终端，利用终端通过可视化模块对仿真数据进行查看。
作为本发明的一种优选的技术方案，所述终端为手机端、PC端中的一种或两种组合。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)利用终端通过可视化模块对仿真数据进行查看，能直接反映出故障过程中系统的稳态及瞬态反应，便于研发人员采样和分析；
(2)在matlab环境下搭建仿真模型，模拟IGBT在不同开路状态下机组的响应以及故障造成的开路故障特征，大大降低了研发成本；
(3)模型训练在云平台进行训练，有助于减小对计算机运行性能的影响。
附图说明
图1为本发明的仿真方法流程图；
图2为本发明的变流器机侧模块结构示意图；
图3为本发明的构建的仿真模型进行训练的方法流程图；
图4为本发明的仿真模型构建方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1和图2，本发明提供一种技术方案：一种基于matlab的全功率风力发电变流器IGBT开路故障仿真方法，包括采集模块、matlab软件、输入模块、仿真模型构建模块、训练模块、响应模块、开路故障特征模块、变流器机侧模块、变流器网侧模块，其中：
在变流器机侧模块、变流器网侧模块中，外部驱动信号通过gate输入端接入IGBT，驱动信号将脉冲电压输送给IGBT的门级，触发发射极与集电极的开通和分段；因此，在变流器机侧模块gate输入端与IGBT驱动信号之间，设置了六个手动开关，分别代表A相上管开路信号，A相下管开路信号，B相上管开路信号，B相下管开路信号，C相上管开路信号，C相下管开路信号；设置好电网，滤波器，以及永磁同步电机设备参数之后，可以模拟并网，在并网过程中，可以模拟任意一相IGBT的上下管开路故障，也可以模拟两相，三相IGBT开路故障；
采集模块用于采集IGBT开路故障的数据，并通过matlab软件对采集的IGBT开路故障数据进行处理；
仿真模型构建模块用于构建仿真模型；
训练模块与仿真模型构建模块通信连接，并对构建的仿真模型进行训练；
输入模块用于将处理后的IGBT开路故障数据输入到训练后的仿真模型中；
响应模块与训练模块通信连接，并用于模拟IGBT在不同开路状态下机组的响应；
开路故障特征模块与训练模块通信连接，用于显示故障造成的开路故障特征；
仿真方法如下：
步骤一：通过采集模块采集IGBT开路故障的数据，并通过matlab软件对采集的IGBT开路故障数据进行处理；通过仿真模型构建模块构建仿真模型；通过训练模块对构建的仿真模型进行训练；
步骤二：通过输入模块将处理后的IGBT开路故障数据输入到训练后的仿真模型中；通过响应模块模拟IGBT在不同开路状态下机组的响应；通过开路故障特征模块显示故障造成的开路故障特征。
本实施例中，优选的，通信连接的方式为WIFI，采取无线的方式进行通信，避免了布线造成的困扰。
本实施例中，优选的，还包括可视化模块以及手机端，利用手机端通过可视化模块对仿真数据进行查看，能直接反映出故障过程中系统的稳态及瞬态反应，便于研发人员采样和分析。
实施例2
请参阅图1、图2和图3，本发明提供一种技术方案：一种基于matlab的全功率风力发电变流器IGBT开路故障仿真方法，包括采集模块、matlab软件、输入模块、仿真模型构建模块、训练模块、响应模块、开路故障特征模块、变流器机侧模块、变流器网侧模块，其中：
在变流器机侧模块、变流器网侧模块中，外部驱动信号通过gate输入端接入IGBT，驱动信号将脉冲电压输送给IGBT的门级，触发发射极与集电极的开通和分段；因此，在变流器机侧模块gate输入端与IGBT驱动信号之间，设置了六个手动开关，分别代表A相上管开路信号，A相下管开路信号，B相上管开路信号，B相下管开路信号，C相上管开路信号，C相下管开路信号；设置好电网，滤波器，以及永磁同步电机设备参数之后，可以模拟并网，在并网过程中，可以模拟任意一相IGBT的上下管开路故障，也可以模拟两相，三相IGBT开路故障；
采集模块用于采集IGBT开路故障的数据，并通过matlab软件对采集的IGBT开路故障数据进行处理；
仿真模型构建模块用于构建仿真模型；
训练模块与仿真模型构建模块通信连接，并对构建的仿真模型进行训练；
输入模块用于将处理后的IGBT开路故障数据输入到训练后的仿真模型中；
响应模块与训练模块通信连接，并用于模拟IGBT在不同开路状态下机组的响应；
开路故障特征模块与训练模块通信连接，用于显示故障造成的开路故障特征；
仿真方法如下：
步骤一：通过采集模块采集IGBT开路故障的数据，并通过matlab软件对采集的IGBT开路故障数据进行处理；通过仿真模型构建模块构建仿真模型；通过训练模块对构建的仿真模型进行训练；
步骤二：通过输入模块将处理后的IGBT开路故障数据输入到训练后的仿真模型中；通过响应模块模拟IGBT在不同开路状态下机组的响应；通过开路故障特征模块显示故障造成的开路故障特征。
本实施例中，优选的，构建的仿真模型进行训练的方法如下：
步骤一：获取模型训练数据和模型训练算法；
步骤二：将模型训练数据和模型训练算法发送至云平台进行训练，得到目标模型，模型训练在云平台进行训练，有助于减小对计算机运行性能的影响。
本实施例中，优选的，通信连接的方式为5G，采取无线的方式进行通信，避免了布线造成的困扰。
本实施例中，优选的，还包括可视化模块以及PC端，利用PC端通过可视化模块对仿真数据进行查看，能直接反映出故障过程中系统的稳态及瞬态反应，便于研发人员采样和分析。
实施例3
请参阅图1、图2、图3和图4，本发明提供一种技术方案：一种基于matlab的全功率风力发电变流器IGBT开路故障仿真方法，包括采集模块、matlab软件、输入模块、仿真模型构建模块、训练模块、响应模块、开路故障特征模块、变流器机侧模块、变流器网侧模块，其中：
在变流器机侧模块、变流器网侧模块中，外部驱动信号通过gate输入端接入IGBT，驱动信号将脉冲电压输送给IGBT的门级，触发发射极与集电极的开通和分段；因此，在变流器机侧模块gate输入端与IGBT驱动信号之间，设置了六个手动开关，分别代表A相上管开路信号，A相下管开路信号，B相上管开路信号，B相下管开路信号，C相上管开路信号，C相下管开路信号；设置好电网，滤波器，以及永磁同步电机设备参数之后，可以模拟并网，在并网过程中，可以模拟任意一相IGBT的上下管开路故障，也可以模拟两相，三相IGBT开路故障；
采集模块用于采集IGBT开路故障的数据，并通过matlab软件对采集的IGBT开路故障数据进行处理；
仿真模型构建模块用于构建仿真模型；
训练模块与仿真模型构建模块通信连接，并对构建的仿真模型进行训练；
输入模块用于将处理后的IGBT开路故障数据输入到训练后的仿真模型中；
响应模块与训练模块通信连接，并用于模拟IGBT在不同开路状态下机组的响应；
开路故障特征模块与训练模块通信连接，用于显示故障造成的开路故障特征；
仿真方法如下：
步骤一：通过采集模块采集IGBT开路故障的数据，并通过matlab软件对采集的IGBT开路故障数据进行处理；通过仿真模型构建模块构建仿真模型；通过训练模块对构建的仿真模型进行训练；
步骤二：通过输入模块将处理后的IGBT开路故障数据输入到训练后的仿真模型中；通过响应模块模拟IGBT在不同开路状态下机组的响应；通过开路故障特征模块显示故障造成的开路故障特征。
本实施例中，优选的，构建的仿真模型进行训练的方法如下：
步骤一：获取模型训练数据和模型训练算法；
步骤二：将模型训练数据和模型训练算法发送至云平台进行训练，得到目标模型，模型训练在云平台进行训练，有助于减小对计算机运行性能的影响。
本实施例中，优选的，仿真模型构建方法如下：
步骤一：IGBT开路故障数据进行整理，分成训练和测试两部分；
步骤二：IGBT开路故障输入到支持向量机中展开学习，结合遗传算法选择参数优化；
步骤三：将所得的最优参数带入到模型中，实现IGBT开路故障仿真模型的构建。
本实施例中，优选的，通信连接的方式为WIFI，采取无线的方式进行通信，避免了布线造成的困扰。
本实施例中，优选的，还包括可视化模块以及手机端、PC端，利用手机端、PC端通过可视化模块对仿真数据进行查看，能直接反映出故障过程中系统的稳态及瞬态反应，便于研发人员采样和分析。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种基于matlab的全功率风力发电变流器IGBT开路故障仿真方法，其特征在于：包括采集模块、matlab软件、输入模块、仿真模型构建模块、训练模块、响应模块、开路故障特征模块、变流器机侧模块、变流器网侧模块，其中：
在变流器机侧模块、变流器网侧模块中，外部驱动信号通过gate输入端接入IGBT，驱动信号将脉冲电压输送给IGBT的门级，触发发射极与集电极的开通和分段；
所述采集模块用于采集IGBT开路故障的数据，并通过matlab软件对采集的IGBT开路故障数据进行处理；
所述仿真模型构建模块用于构建仿真模型；
所述训练模块与仿真模型构建模块通信连接，并对构建的仿真模型进行训练；
所述输入模块用于将处理后的IGBT开路故障数据输入到训练后的仿真模型中；
所述响应模块与训练模块通信连接，并用于模拟IGBT在不同开路状态下机组的响应；
所述开路故障特征模块与训练模块通信连接，用于显示故障造成的开路故障特征；
所述仿真方法如下：
步骤一：通过采集模块采集IGBT开路故障的数据，并通过matlab软件对采集的IGBT开路故障数据进行处理；通过仿真模型构建模块构建仿真模型；通过训练模块对构建的仿真模型进行训练；
步骤二：通过输入模块将处理后的IGBT开路故障数据输入到训练后的仿真模型中；通过响应模块模拟IGBT在不同开路状态下机组的响应；通过开路故障特征模块显示故障造成的开路故障特征。
2.根据权利要求1所述的一种基于matlab的全功率风力发电变流器IGBT开路故障仿真方法，其特征在于：所述变流器机侧模块gate输入端与IGBT驱动信号之间，设置了六个手动开关，分别代表A相上管开路信号，A相下管开路信号，B相上管开路信号，B相下管开路信号，C相上管开路信号，C相下管开路信号。
3.根据权利要求1所述的一种基于matlab的全功率风力发电变流器IGBT开路故障仿真方法，其特征在于：所述构建的仿真模型进行训练的方法如下：
步骤一：获取模型训练数据和模型训练算法；
步骤二：将模型训练数据和模型训练算法发送至云平台进行训练，得到目标模型。
4.根据权利要求1所述的一种基于matlab的全功率风力发电变流器IGBT开路故障仿真方法，其特征在于：所述仿真模型构建方法如下：
步骤一：IGBT开路故障数据进行整理，分成训练和测试两部分；
步骤二：IGBT开路故障输入到支持向量机中展开学习，结合遗传算法选择参数优化；
步骤三：将所得的最优参数带入到模型中，实现IGBT开路故障仿真模型的构建。
5.根据权利要求1所述的一种基于matlab的全功率风力发电变流器IGBT开路故障仿真方法，其特征在于：所述通信连接的方式为WIFI、5G中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种基于matlab的全功率风力发电变流器IGBT开路故障仿真方法，其特征在于：还包括可视化模块以及终端，利用终端通过可视化模块对仿真数据进行查看。
7.根据权利要求6所述的一种基于matlab的全功率风力发电变流器IGBT开路故障仿真方法，其特征在于：所述终端为手机端、PC端中的一种或两种组合。
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