基于键合图的风电液压变桨系统特性分析和故障诊断

随着风电机组大型化，变桨距功率调节技术是兆瓦级并网机组的关键技术之一。液压变桨系统作为变桨距的控制方式，深入研究其动态特性和可靠性，对变速恒频风力机组的国产化研制及提高其发电效率和电能质量具有重要意义。由于上述系统涉及机电液多领域设备和多种能量转化问题，从"机、电、液"模拟相似原理出发的功率键合图，在多能量并存工程系统建模中具有独到优势，本项目提出基于键合图的风电液压变桨系统特性分析和故障诊断研究。通过建立液压变桨系统键合图模型，从能量守恒和转化角度，更精确的研究整个系统的动态特性，为风电机组的整体优化控制策提供准确的桨距角系统动态模型；同时液压变桨系统的安全性对机组极其重要，由于键合图模型为有别于方框图的新型模型，其中含有系统机理和因果关系，且不过分依赖系统参数，本项目基于键合图模型，采用独特的键合图故障树因果分析法进行电液比例阀和液压泵的故障诊断，为提高系统可靠性、维护性提供有益参考。

随着风电产业的迅速发展和风电机组的大型化，变桨距功率调节技术成为兆瓦级并网机组的关键技术之一。液压变桨系统作为变桨距的控制方式，深入研究其动态特性和可靠性，对变速恒频风电机组的国产化研制及提高其发电效率和电能质量具有重要意义。由于上述系统涉及机电液多领域设备和多种能量转化问题，从“机、电、液”模拟相似原理出发的功率键合图，在多能量并存工程系统建模中具有独到优势，本项目进行了基于键合图的风电液压变桨系统特性分析和故障诊断研究，为提高系统的可靠性和维护性提供了有益参考。本项目按计划执行，完成了预定任务。.项目首先建立液压变桨系统各部件的键合图，综合生成风电机组液压变桨整体模型，从能量守恒和转化角度，更精确的研究了整个系统的动态特性，为风电机组的整体优化控制策略提供了准确的桨距角系统动态模型。然后开展了液压变桨系统键合图模型的仿真，分析了重要参数对系统动态性能的影响，而且选取合适优化参数，执行了风电液压变桨系统动态特性优化研究。由于键合图模型中含有系统结构和机理信息，通过键合图理论知识推导可获得系统的状态方程，仿真其动态特性。以系统供油压力变化、惯性负载变化等重要参数变化为例，分析了其对系统动态特性的影响。并以上述参数为优化参数、ITAE准则为目标函数、遗传算法为优化算法，利用Matlab遗传算法优化工具箱和Simulink模块相结合，实现风电液压变桨系统动态特性的优化。.同时项目提出了基于键合图的液压变桨系统定性故障诊断方法，建立了待诊断系统的键合图模型，分别采用基于因果类型模式表和基于时间因果图两种方法建立诊断系统的故障树，采用故障树法分析系统的故障状态及原因。项目开展了基于Petri网的液压变桨系统故障诊断方法，分别提出了基于普通Petri网的可靠性评估方法和基于模糊Petri网的模糊推理故障诊断方法，对非参数模型估计的残差统计故障诊断方法进行了研究。