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直驱永磁同步风力发电机控制系统传感器故障估计与补偿

杨志敏  
【摘要】:面对日益加剧的能源安全和环境污染问题,风能以永续利用、可再生和零排放等特点,近年来在新能源发电的占比快速增加。其中,永磁直驱风电机组以高效率转换、全功率可控和无齿轮传动等优势,装机容量和装机规模稳步增长。然而,风能资源间歇特性、高功率密度和复杂电磁干扰导致控制系统设备和器件高故障率。根据风力发电厂运行统计数据,直驱风电机组中控制系统故障率和故障停机率均高于其他设备如风力机等。传感器故障是永磁同步风力发电控制系统的常见故障,其导致测量输出与系统真实状态出现偏差,并通过控制回路将故障引入控制器。在控制回路传播过程中,传感器故障因反馈控制被消除部分跟踪误差,故障特征微弱;传感器故障在回路传播导致系统产生复合故障、乃至引发二次故障,轻则引发波形畸变降低电能质量,重则导致机组骤然脱网,危及电网运行安全和稳定。因此,研究永磁同步电机控制系统传感器故障诊断、定位和容错控制方法,对保证风电机组持续稳定运行具有重要意义。鉴于传感器故障在控制回路的传播特性,本文研究基于故障估计的多传感故障诊断与容错补偿方法。综合利用控制系统输入和测量输出,消除控制器输出对观测器中故障检测残差和故障估计的影响,解决传感器故障在控制回路中传播的难题。论文的主要研究内容如下:为解决对称三相电流矢量和为零和导致多传感器故障估计问题,通过引入转速转矩方程建立在两相静止参考坐标下的增广系统模型。针对引入转子转速和位置导致的模型非线性问题,以永磁同步发电机转子位置测量为增益调度参数,应用凸多面体建模方法建立线性参数变化系统。通过分析电流和转速传感器增益变化、输出卡死和直流偏置等故障,分别研究基于相电流传感器故障估计和基于扩展反电动势估计的转速传感器故障估计方法。分析控制回路对传感器故障传播特性和偏差消除效应,总结基于传统观测器的多传感器故障诊断算法难点问题。针对永磁同步风力发电机相电流多传感器故障定位问题,基于三相电流测量和两相电流测量控制模式,分别设计鲁棒故障估计方法,实现三相电流传感器故障定位和两相运行下的电流和转速传感器多故障在线定位。通过引入永磁同步发电机转速转矩方程增广系统模型,解决三相电流传感器故障估计难的问题。设计基于公共Lyapunov函数法和有界实引理的故障检测和故障估计观测器,应用LMI技术求解参数依赖观测器增益矩阵。在三相电流测量控制模式下,设计的多传感器故障诊断算法,实现abc三相电流传感器故障在线定位。设计两相电流测量运行下的多传感器故障估计方法,实现a相、b相和转速传感器多故障同时估计。针对转速和电流多传感器故障同时估计问题,引入永磁同步风力发电转矩转速方程,建立两相静止参考坐标下多传感器故障估计观测器,解耦dq参考坐标下模型中转速和相电流非线性乘积项。设计机械转矩和传感器故障估计的参数依赖观测器,实现转子转速和电流传感器故障的同时估计。应用线性时变系统有界实引理设计观测器在凸多面体各顶点的增益,通过永磁电机转子位置测量实时计算增益调度观测器。设计的控制系统故障补偿策略,在不改变主控制器结构的基础上实现多传感器故障补偿。该方法能够同时估计PMSG控制系统机械转矩、转速传感器故障和电流传感器故障,在线补偿机械量传感器和电流传感器故障。为增强故障估计观测器的适用性和应用性,提出一种无转子位置测量的多电流传感器故障估计与补偿方法,解决两相静止参考坐标下的PMSG系统模型调度依赖精确转子位置测量的问题。应用发电机转速转矩方程和观测器中转子转速估计计算转子位置估计,代替系统模型中的位置测量,将包含转子位置估计误差的系统模型转换为线性参数不确定模型。以转子位置估计作为观测器增益调度参数,研究基于不确定调度参数的多传感器故障估计方法。设计的增益调度观测器,能够同时估计多电流传感器故障和风力机机械转矩,适用于机械转矩随风力机捕获风能变化场景下的控制系统多传感器故障补偿。


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3 周东华,叶昊,王桂增;基于观测器方法的故障诊断技术若干重要问题的探讨[J];自动化学报;1998年03期
4 陈勇旗;;变速风力发电机故障观测器的设计和应用[J];计算机工程与应用;2009年14期
5 常凯;吴国庆;;扩张状态观测器在非线性系统故障诊断中的应用[J];信息技术;2013年02期
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17 安若铭;张帆;吴月忠;姜兴渭;;基于动态观测器的多故障诊断技术的应用研究[J];航天控制;2009年04期
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1 赵猛;李辉;赵斌;;基于观测器模型的双馈风电机组电流传感器的故障诊断[A];重庆市电机工程学会2010年学术会议论文集[C];2010年
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3 韩忠旭;;代数比例相似观测器的定义及其数学分析[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
4 朱纪洪;单甘霖;郭治;胡维礼;;指定误差协方差的降维观测器及其设计[A];1995年中国控制会议论文集(上)[C];1995年
5 黄翼虎;贾喜梅;;基于模糊观测器的容错系统设计[A];中国仪器仪表学会第九届青年学术会议论文集[C];2007年
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7 王璐璐;缑林峰;梁爱侠;周子涵;刘志丹;;基于联合观测器的航空发动机控制系统故障诊断[A];中国航天第三专业信息网第三十九届技术交流会暨第三届空天动力联合会议论文集——S10发动机控制技术[C];2018年
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1 许文才;柔版印刷质量观测器[N];中国包装报;2003年
2 张博 张斌华;舟山检验检疫局研发的水尺观测器获国家专利[N];中国国门时报;2010年
3 本报记者 肖培清 本报通讯员 左涛;向前的脚步不停歇[N];人民铁道;2017年
4 成都 青化;印板安装型电流传感器[N];电子报;2008年
5 武汉科技学院纺织服装学院 林子务;故障诊断中的数学概念[N];中国纺织报;2004年
6 成都 青化 摘译;贴片式电流传感器[N];电子报;2008年
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10 ;点火系故障诊断[N];华夏时报;2001年
11 李继光;铡草机常见故障诊断及排除[N];云南科技报;2003年
12 何攻 何延青;与Windows 2003亲密接触之常见故障诊断[N];电脑报;2003年
13 ;为企业长远效益的增长助力[N];中国信息化周报;2019年
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