文档介绍：双馈风电机组关键传感器故障
诊断及其容错控制策略

重庆大学硕士学位论文

学生姓名:赵猛
指导教师:李辉教授
专业:电气工程
学科门类:工学

重庆大学电气工程学院
二 O 一一年五月
Fault Diagnosis and Fault-tolerant Control
Strategies of Key Sensor for Doubly-fed
Wind Turbines Generation System

A Thesis Submitted to Chongqing University
in Partial Fulfillment of the Requirement for the
Degree of Master of Engineering
By
Zhao Meng

Supervised by Prof. Li Hui
Major: Electrical Engineering

College of Electrical Engineering of
Chongqing UniversityChongqing, China
May 2011
重庆大学硕士学士论文中文摘要

摘要

随着我国风力发电机组安装容量日益增加,以及海上风力发电的发展,如何
提高和保障风力发电机组控制系统的运行可靠性已经成为国内外关注的焦点。双
馈风电机组是目前风力发电中应用的一种主流机型,风电机组控制系统是保证整
个机组安全稳定运行的核心部件,采集信号用的传感器好坏将直接影响控制系统
性能。一旦涉及影响控制系统功能的关键传感器发生故障,如电流和转速传感器,
将可能直接导致现有控制系统的不稳定运行。因此,研究双馈风电机组关键传感
器的故障诊断及容错控制对提高机组运行可靠性和利用率具有重要的现实意义。
本文的研究内容主要包括以下几部分:
①首先对双馈风电机组的数学模型及励磁控制策略进行研究,在此基础上,
从双馈发电机电磁暂态的数学模型出发,在没有应用被观测量传感器输出信号作
为反馈的条件下,研究双馈发电机的定、转子电流信号观测器模型的构造方法,
并对观测器的动态运行性能以及在发电机参数改变条件下的鲁棒性等进行仿真。
②应用建立的定、转子电流观测器模型,结合自适应阈值思想以及设计的扰
动过滤单元,研究双馈风电机组定、转子电流传感器故障诊断和容错控制模型。
通过模拟待诊断传感器可能的软、硬故障类型,对定、转子电流传感器故障诊断
和容错控制的准确性以及干扰信号的辨识能力进行仿真验证。
③从旋转电机稳定运行基本原理出发,对双馈风电机组转速传感器故障进行
容错控制研究。首先,利用定子电压和转子电流频率建立基于锁相环技术的转速
观测器模型;其次,通过风速阶跃变化下双馈风电机组运行性能仿真比较观测器
模型的有效性;最后,提出一种自适应阈值的转速信号故障诊断方法及相应的容
错控制策略,并以转速传感器可能的软、硬故障类型为例,对其容错性能进行仿
真验证。
上述研究成果可直接应用于并网双馈风电机组的控制系统设计中,对提高机
组控制系统可靠性以及控制信号的冗余度具有重要的参考价值,为进一步开展并
网双馈风电系统的故障诊断奠定前期研究基础。

关键词:风力发电,双馈发电机,故障诊断,容错控制,传感器

I
重庆大学硕士学位论文英文摘要

ABSTRACT

With the increasing of wind power generators installed capacity of China, and the
development of offshore wind turbines, how to improve and ensure the operation
reliability of wind power generators has e the focus at home and abroad. Doubly
fed wind turbines are currently used in wind power generator system, and wind turbine
control system is the ponent to guarantee the safe and stable operation of
whole system. The sta