风力发电是当前清洁能源发展的重要组成部分之一。在风力发电系统中，风电并网变流器是实现风能与电能转换的关键环节。受高温、高湿以及高盐雾等恶劣环境的影响，风电并网变流器故障时有发生。在风电并网变流器故障中，以电流传感器故障以及绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT）故障最为典型。其中，受噪声及谐波影响，电流传感器早期缓变故障特征提取困难；受随机风速扰动影响，功率开关IGBT开路故障检测易出现误报；受复合故障模式影响，多个IGBT同时开路的故障检测及定位复杂。因此，研究风电并网变流器电流传感器故障和IGBT开路故障，对提高风电系统运行效率，保障系统运行安全，具有重要的理论意义和实际应用价值。
　　论文针对双PWM型风电并网变流器中的电流传感器故障和功率开关IGBT开路故障，研究了相电流瞬时幅值估计下的并网变流器故障诊断方法。其中，希尔伯特变换（Hilbert Transform,HT）及其改进方法用于实现相电流瞬时幅值估计。以估计的相电流瞬时幅值为故障特征量，本文分别对电流传感器早期缓变故障检测及估计、变风速下IGBT开路故障诊断、IGBT复合开路故障检测及定位等进行了研究。论文的主要研究包括以下几个方面：
　　针对并网变流器电流传感器故障及IGBT开路故障，提出了基于相电流瞬时幅值的故障特征表示方法。基于MATLAB/Simulink软件，搭建了含双PWM型变流器的永磁直驱型风力发电仿真系统，对系统输出三相电流特性进行分析。在此基础上，针对风电并网变流器三相电流信号的正弦波动特性，研究了基于希尔伯特变换的相电流瞬时幅值估计方法。研究结果表明，基于相电流瞬时幅值的故障特征提取方法，可同时用于表征双PWM型风电并网变流器电流传感器故障和IGBT开路故障，并能实现两种不同类型故障的有效区分。
　　针对风电并网变流器电流传感器早期缓变故障，提出了基于移动窗主成分分析（Moving Window Principal Component Analysis,MWPCA）和KL（Kullback-Leibler）距离的故障诊断方法。利用相电流瞬时幅值构造待分析数据矩阵，将主元分析法和KL距离用于微弱故障特征提取。通过对变流器的电路原理分析，建立电流传感器故障幅值的理论估计模型，实现电流传感器早期缓变增益故障幅值在线估计。提出的电流传感器早期缓变故障诊断方法，能有效地实现不同严重程度下的电流传感器故障检测、定位及估计，仿真结果验证了所提方法的有效性。
　　针对变风速扰动下的IGBT开路故障，提出了基于相电流瞬时幅值的开路故障诊断方法。为降低风电并网变流器IGBT开路故障检测的误报率，将相电流瞬时幅值用于表征开路故障。为实现变频变幅相电流瞬时幅值的在线连续平滑估计，提出了基于加权移动窗的希尔伯特变换算法，以消除经典希尔伯特算法的端点效应。同时，将Park矢量归一化以及低通滤波等方法用于电流信号的预处理，以消除噪声谐波以及随机风速变化等因素的影响。通过设置合适的开路故障检测阈值即可实现风电并网变流器电网侧和电机侧IGBT开路故障在线检测。结合相电流均值法，可进一步实现开路故障上下桥臂的定位。仿真结果表明，提出的基于相电流瞬时幅值的开路故障检测算法，误报率和漏报率更低。
　　针对多故障模式下的IGBT复合开路故障，提出了基于相电流Park矢量瞬时幅值均值的开路故障检测及定位方法。为提高正弦信号瞬时幅值估计的实时性，提出了基于相位预测-波形延拓的希尔伯特变换方法。为实现多个IGBT同时开路的复合开路故障检测，综合采用相序变换法以及瞬时幅值均值法等构造不同的故障特征，设计了用于复合开路故障检测及定位的逻辑策略。提出的基于相电流Park矢量瞬时幅值均值的复合开路故障诊断方法，其开路故障检测结果实时性高，且可同时实现风电并网变流器电网侧和电机侧IGBT的复合开路故障在线检测及定位。最后，通过仿真分析，验证了所提复合开路故障诊断方法的有效性及实时性。