專利名稱：雙饋風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵傳感器故障的判斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙饋風(fēng)電機(jī)組的關(guān)鍵傳感器故障的判斷方法，具體包括定子電壓 傳感器和定、轉(zhuǎn)子電流傳感器故障的判斷方法，屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著我國并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量日益增大，以及大型風(fēng)電場尤其是海上風(fēng) 電場的規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)行，如何提高和保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行可靠性已經(jīng)成為國內(nèi)外工 程界和學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點(diǎn)。雙饋風(fēng)電機(jī)組是目前風(fēng)力發(fā)電中應(yīng)用的一種主流機(jī)型，雙饋發(fā) 電機(jī)定子三相繞組接工頻電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子繞組與幅值、頻率、相位和相序均可調(diào)節(jié)的四象限變頻 器相連。通過雙PWM變流器的解耦控制可以實(shí)現(xiàn)雙饋發(fā)電機(jī)有功、無功功率的解耦以及變 速恒頻發(fā)電。雙饋風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)的安全可靠性將直接影響風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行， 據(jù)不完全統(tǒng)計，風(fēng)電場因運(yùn)行環(huán)境而出現(xiàn)故障或失效的主要風(fēng)電機(jī)組部件中40 50%涉 及到控制系統(tǒng)，其中傳感器的故障問題是控制系統(tǒng)故障問題中不可忽視的一部分。一旦涉 及影響控制系統(tǒng)功能的關(guān)鍵傳感器發(fā)生故障，如電壓、電流傳感器，將可能直接導(dǎo)致現(xiàn)有控 制系統(tǒng)的不穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)而直接影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的可靠性和安全性，因此，如何判斷 雙饋風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵傳感器的故障對提高機(jī)組運(yùn)行可靠性和安全性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種雙饋風(fēng)電機(jī)組的關(guān)鍵傳感器故障的判斷方法，可以避 免因定、轉(zhuǎn)子電流和定子電壓傳感器故障對系統(tǒng)造成的損害，提高雙饋風(fēng)電機(jī)組的可靠性。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的雙饋風(fēng)電機(jī)組的關(guān)鍵傳感器故障的判斷方法有以下步驟(1)通過雙饋發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子繞組上的定子電壓傳感器測得定子電壓信號Uabc s, 定、轉(zhuǎn)子電流傳感器測得定子電流信號Iab。—s和轉(zhuǎn)子電流信號Iab。f發(fā)電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)速傳感 器測得轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速信號ω ρ檢測轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器PWM發(fā)生器的轉(zhuǎn)子電壓控制信號Uabc^;(2)將定子電壓信號Uabc—S和轉(zhuǎn)子電壓信號Uabc^變換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，獲得同 步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的定子電壓信號Udq s和轉(zhuǎn)子電壓信號Udu，將定子電流信號Iab。s和轉(zhuǎn)子電 流信號Iab?！?變換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，獲得同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的定子電流信號Id(LS和轉(zhuǎn)子 電流信號IdU ；(3)通過雙饋發(fā)電機(jī)的電壓方程(見具體實(shí)施方式
中的式(3))，用定、轉(zhuǎn)子電壓信 號Ud(LS、Ud^r和轉(zhuǎn)速信號構(gòu)造定、轉(zhuǎn)子電流j和的觀測器模型，以及用定、轉(zhuǎn)子電 流測量信號Id(LS、和轉(zhuǎn)速信號構(gòu)造定子電壓f/;」的觀測器模型，建立定、轉(zhuǎn)子電流 和定子電壓的空間狀態(tài)方程；(4)將同步坐標(biāo)軸系下的定子電壓觀測信號f/;」和定、轉(zhuǎn)子電流觀測信號
權(quán)利要求
一種雙饋風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵傳感器故障的判斷方法，其特征在于有以下步驟(1)通過雙饋發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子繞組上的定子電壓傳感器測得定子電壓信號Uabc_s，定、轉(zhuǎn)子電流傳感器測得定子電流信號Iabc_s和轉(zhuǎn)子電流信號Iabc_r，發(fā)電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)速傳感器測得轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速信號ωr，檢測轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器PWM發(fā)生器的轉(zhuǎn)子電壓控制信號Uabc_r；(2)將定子電壓信號Uabc_s和轉(zhuǎn)子電壓信號Uabc_r變換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，獲得同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的定子電壓信號Udq_s和轉(zhuǎn)子電壓信號Udq_r，將定子電流信號Iabc_s和轉(zhuǎn)子電流信號Iabc_r變換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，獲得同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的定子電流信號Idq_s和轉(zhuǎn)子電流信號Idq_r；(3)通過雙饋發(fā)電機(jī)的電壓方程，用定、轉(zhuǎn)子電壓信號Udq_s、Udq_r和轉(zhuǎn)速信號ωr構(gòu)造定、轉(zhuǎn)子電流和的觀測器模型，以及用定、轉(zhuǎn)子電流測量信號Idq_s、Idq_r和轉(zhuǎn)速信號ωr構(gòu)造定子電壓的觀測器模型，建立定、轉(zhuǎn)子電流和定子電壓的空間狀態(tài)方程；(4)將同步坐標(biāo)軸系下的定子電壓觀測信號和定、轉(zhuǎn)子電流觀測信號逆變換到靜止坐標(biāo)軸系下的和(5)將定、轉(zhuǎn)電流和定子電壓的各相傳感器測量值與觀測器對應(yīng)的觀測值進(jìn)行比較，得到每相傳感器的故障殘差值；(6)利用觀測器的實(shí)時觀測值，取相應(yīng)的比例值得到各相傳感器故障判斷環(huán)節(jié)的自適應(yīng)閾值，根據(jù)軟、硬故障的不同，分別得到不同故障的自適應(yīng)閾值。(7)比較各相傳感器的故障殘差與其自適應(yīng)閾值，當(dāng)故障殘差小于軟故障自適應(yīng)閾值時，傳感器正常工作；當(dāng)故障殘差大于軟故障閾值且小于硬故障閾值時，軟故障擾動過濾單元啟動；當(dāng)故障殘差大于硬故障閾值時，硬故障擾動過濾單元啟動。FDA0000026915150000011.tif,FDA0000026915150000012.tif,FDA0000026915150000013.tif,FDA0000026915150000014.tif,FDA0000026915150000015.tif,FDA0000026915150000016.tif,FDA0000026915150000017.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(2)中所述的變換，是將三相靜止坐 標(biāo)系下的定、轉(zhuǎn)子電流信號和定、轉(zhuǎn)子電壓信號經(jīng)3/2相坐標(biāo)變換變換到兩相同步旋轉(zhuǎn)坐 標(biāo)系下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(4)中所述的逆變換，是將三相靜止 坐標(biāo)abc軸系逆變換到兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)dq軸系的變化矩陣為Cawdq "sin θ, sin(沒-120), sin(沒 + 120)— cos 化 cos(^ -120), cos(^ +120)式中θ為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)d軸與三相靜止坐標(biāo)軸系A(chǔ)軸之間的夾角，定子磁場旋轉(zhuǎn)的同步電 角速度《3和位置角θ之間的關(guān)系滿足cos = de/dt，其中t表示時間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(3)所述構(gòu)造的定子電壓f/;」的觀測 器模型和定、轉(zhuǎn)子電流&和,的觀測器模型，分別通過以下兩式來構(gòu)造觀測器模型
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(4)中所述的逆變換，是將同步旋轉(zhuǎn) 坐標(biāo)系下的定子電壓觀測信號f/^和定、轉(zhuǎn)子電流信號/^、/;—,通過2/3相坐標(biāo)逆變換， 即Cawdq取逆，從同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換到三相靜止坐標(biāo)系下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(7)中若軟故障或硬故障過濾 單元啟動，計時器將開始計時，當(dāng)滿足計時時間值后進(jìn)行故障報警；當(dāng)不滿足計時時間值 時，判斷方法視為擾動信號帶來的殘差變化，系統(tǒng)則不進(jìn)行報警。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述步驟(6)中計時時間的選取原則為 軟故障計時時間為五倍傳感器測量信號的周期；硬故障計時單元為兩倍傳感器測量信號的 周期。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述步驟(7)中信號周期的大小分別如 下定子電壓信號和定子電流信號的周期為0. 02s，轉(zhuǎn)子電流信號周期T2通過公式T2 = 2 π / (ωχ-ωΓ)計算得到，其中Q1為定子磁場旋轉(zhuǎn)的同步電角速度；為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的角速度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種雙饋風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵傳感器故障的判斷方法。該方法采用觀測器模型、故障檢測單元和擾動過濾單元，實(shí)現(xiàn)對關(guān)鍵傳感器故障的有效判斷。從雙饋發(fā)電機(jī)電磁暫態(tài)模型出發(fā)，構(gòu)建了定、轉(zhuǎn)子電流和定子電壓的觀測器模型；通過分析傳感器可能的軟、硬故障類型，利用自適應(yīng)閾值的方法構(gòu)建了故障檢測單元；當(dāng)故障殘差大于自適應(yīng)閾值時，通過計時單元的設(shè)計構(gòu)建了擾動過濾單元；完成了基于自適應(yīng)閾值的傳感器故障判斷模型的設(shè)計。該方法利用構(gòu)造相應(yīng)觀測器的算法來實(shí)現(xiàn)，提高了觀測器算法對故障判斷的適應(yīng)性和準(zhǔn)確性；采用自適應(yīng)閾值和擾動過濾單元相結(jié)合的方法，減少了傳感器故障的誤報率，提高了故障判斷的魯棒性。
文檔編號H02P21/13GK101977008SQ201010289539
公開日2011年2月16日 申請日期2010年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月24日
發(fā)明者李輝, 楊超, 趙斌, 趙猛, 陳宏文 申請人:重慶大學(xué)