双馈风电功率变换器检测系统故障自诊断及重构方法研究

随着风电装机及单机容量的日益增大，如何提高风电机组运行的安全性和可靠性逐渐得到人们的关注。本项目针对目前最广泛采用的双馈风电机组中功率变换器检测系统的故障自诊断及重构方法进行研究。双馈机组功率变换器包括电机侧变换器和网侧变换器两部分。检测系统信号包括功率变换器控制过程中需要采集的电网电压、发电机定转子电流、发电机定子电压、网侧变换器电流、直流母线电压及发电机转子位置角等。研究内容主要包括检测系统故障识别技术，检测信号的重构技术以及系统参数在线识别技术。研究的目的是通过故障自诊断及重构，使功率变换器在部分检测信号故障情况下实现稳定的切换并保持并网可控运行，同时结合双馈功率变换器系统参数在线辨识技术，可以有效的提高系统的可靠性，避免系统非必要停机及检修，同时实现运行状态的在线监控。因此研究双馈功率变换器检测系统故障自诊断及重构方法具有重要的理论意义和实用价值。

双馈式风力发电机一直是风力发电行业的主流机型，针对双馈风力发电系统运行的问题一直是国内外的研究重点和热点。本项目针从提高双馈风电机组安全性和可靠性方面入手，通过本项目研究,可以使双馈风力发电机在部分检测系统故障情况下实现可控运行。针对双馈电机参数在线辨识、定转子电流检测系统故障诊断、转速检测系统故障诊断及故障后系统容错控制等方面进行了深入研究。.在双馈电机参数的在线辨识方面，本项目将模型参考自适应控制思想应用于双馈电机参数的在线辨识。根据双馈电机动态模型，依据Lyapunov稳定性理论设计稳定且收敛的自适应算法。针对双馈电机参数耦合的问题，提出了逐步更新的模型参考自适应参数辨识方法。.电流检测系统的可靠工作对双馈变流器稳定运行至关重要，也是本项目的重点。本项目建立了双馈电机定转子电流降阶观测器，提出了基于电流预测的电流检测系统故障诊断方案。考虑电流重构方法的实用性,采用了降阶电流观测器重构电流故障信号.通过极点配置使电流降阶观测器快速稳定地跟踪实际电流，实现电流信号的冗余并使用观测值实现故障后系统重构；基于电流预测的故障诊断方案能够快速诊断出故障信号，理论上最少只需要一个控制周期，且故障诊断方案不受功率波动、电网故障等的影响。.在转速信号检测系统方面，在转子电流降阶观测器的基础上利用模型参考自适应理论，建立了转速自适应观测器，能够准确快速观测出电机转速。同时设计一种速度检测系统故障诊断方案，能够快速诊断出转速故障信号，使用转速及转子位置角观测值实现容错控制。研究表明所提方案能够实现转速检测系统故障后系统可控运行，对提高系统可靠性有重要意义。.以上方法均通过了仿真验证。设计并制作了基于DSP TMS320F28335的双馈风电变流器控制器，完成了实验室实验平台的搭建。以上方法均通过试验平台进行了实验验证。.在本项目资助下，完成了双馈风电功率变换器检测系统故障自诊断及重构方法研究，在双馈电机参数在线辨识、定转子电流检测系统故障诊断及容错控制、转速检测系统故障诊断及容错控制等方面取得了创新性成果，另外在相关方向的双馈风电变流器死区补偿，变流器并联运行方面也取得了一定成果。共发表文章10余篇，其中SCI检索4篇，申请国家发明专利5项，1项已授权。培养硕士研究生4人，完成了项目立项的预期目标。