前端调速式风电机组变桨系统智能容错控制研究

【摘要】：以液力变距技术为核心的前端调速式新型机组的应用,能有效解决传统风电机组对电网的污染以及安全问题,并提高发电质量。与此同时,风电机组中的电动变桨系统受自身元器件工作年限以及恶劣的工作环境影响,不可避免的会发生故障导致变桨功能无法顺利完成,从而引起巨额的财产损失。鉴于此,针对电动变桨系统中的易故障部位电流与速度传感器分别进行相关容错控制研究,能够对我国风电事业的发展产生积极有效的作用。本文首先阐述了机组以及电动变桨系统的组成结构,分析异步电机的动态数学模型,研究了基于转子磁链定向的矢量控制电机数学模型,搭建从位置到速度再到电流闭环控制的电动变桨系统模型。根据控制目标的不同,每个闭环选择不同控制调节器,结果验证了所搭建系统模型的可行性。针对变桨过程中常见的电流传感器故障,提出一种基于单电流检测的电动变桨系统变论域模糊智能容错控制方法。该方法利用调制法保证三相电流能在任意两个相邻采样周期内得到及时更新,确保闭环系统稳定。通过自适应阈值故障判断法完成故障相电流传感器的切换及容错。针对调制法引起的重构信号误差及电动变桨系统的主要控制目标,将变论域模糊控制方法应用于速度环,改善系统抗负载扰动能力,提高容错系统鲁棒性。结果表明该容错控制方法使得变桨系统在传感器故障情况下牺牲部分系统性能后依然具有较理想的控制特性,验证了该方法的正确性。针对电动变桨系统中的速度传感器故障,提出一种基于全阶磁链观测器的电动变桨系统容错控制方法。以转子磁链和定子电流作为所设计全阶磁链观测器的输入变量并着重研究反馈增益矩阵。监控传感器运行状态的同时实现故障诊断。当确诊为速度传感器故障,利用磁链观测器估算转速,代替故障速度传感器使得闭环系统依然稳定,最终实现变桨系统速度传感器的容错控制。考虑到电机定子电阻波动会引起转速辨识精度下降,分析并推导了转速与电阻自适应率。结果表明该容错控制可以实现变桨系统容错控制,验证了该方法的正确性。 【关键词】：前端调速式风电机组 电动变桨 容错控制 传感器故障
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 论文的选题背景和研究意义9-11
• 1.1.1 论文的研究背景9-10
• 1.1.2 论文的研究意义10-11
• 1.2 论文的国内外研究现状11-13
• 1.2.1 国外研究现状11-12
• 1.2.2 国内研究现状12-13
• 1.3 论文的主要研究内容13-14
• 2 前端调速式风电机组基本理论14-17
• 2.1 前端调速式风电机组基本结构14-15
• 2.2 前端调速式风电机组电动变桨系统基本原理15-16
• 2.2.1 电动变桨基础理论15
• 2.2.2 电动变桨控制结构15-16
• 2.3 小结16-17
• 3 前端调速式风电机组变桨系统建模17-29
• 3.1 异步电机数学模型17-19
• 3.2 异步电机按转子磁链定向矢量控制19-22
• 3.3 电动变桨系统建模22-26
• 3.4 仿真分析26-28
• 3.5 小结28-29
• 4 基于单电流检测的电动变桨系统电流传感器智能容错控制29-42
• 4.1 相电流传感器重构原理29-32
• 4.1.1 重构基本理论29-30
• 4.1.2 重构方案30-32
• 4.2 电流传感器失效的容错策略32-33
• 4.3 变桨智能容错控制策略33-37
• 4.3.1 变论域理论33-34
• 4.3.2 变论域伸缩因子34-37
• 4.4 仿真分析37-41
• 4.5 小结41-42
• 5 基于全阶磁链观测器的电动变桨系统速度传感器容错控制42-52
• 5.1 异步电动机转速估计42-47
• 5.1.1 全阶磁链观测器42-43
• 5.1.2 反馈增益矩阵设计43-46
• 5.1.3 电机转速及参数辨识46-47
• 5.2 速度传感器容错控制47-48
• 5.3 仿真分析48-50
• 5.4 小结50-52
• 结论52-54
• 致谢54-55
• 参考文献55-58
• 攻读学位期间研究成果58

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