速度传感器故障状态下的双馈风电系统控制研究

摘要

风能作为可再生绿色能源，得到了世界各国的广泛应用，风力发电技术已成为目前世界上最为成熟的清洁能源生产技术。随着风电产业的蓬勃发展，如何提高风电系统的安全性和可靠性成为了一个突出问题。在系统发生故障情况下，快速地检测故障并尽可能地保证风电机组在故障状态下的稳定持续运行引起了人们的关注。由于速度传感器故障发生率比较高，本文将针对速度传感器故障情况下双馈风电系统的控制策略展开研究。
　　本文首先分析了双馈电机的变速恒频运行原理，建立了双馈发电机的数学模型，在此基础上，详细分析了双馈发电机的电网电压定向矢量控制策略；同时，对网侧变换器的相关理论进行了研究，包括对其进行数学建模和双闭环控制策略的确定。
　　其次，对故障诊断的基本理论和方法进行了研究，并设计了适用于双馈风电系统速度传感器故障检测的状态观测器，通过观测其残差实现对机械速度传感器工作情况的监测，并通过仿真验证了该检测方法的有效性。
　　本文通过对目前广泛应用的速度辨识方法的比较分析，确定了采用基于转子电流的模型参考自适应方法。当速度传感器发生故障时，采用该方法代替速度传感器获得双馈电机的转速信号，并利用Matlab/Simulink对系统进行了仿真建模，仿真波形验证了所设计的速度观测方法具有良好的静态和动态性能。
　　最后，为了验证双馈风电系统的控制策略，在实验室搭建的双馈风电系统试验平台上进行了实验研究。本文详细介绍了该试验平台的硬件构成及软件控制系统的设计方法，并在此平台上对速度传感器故障状态下的双馈风电系统控制策略进行了实验研究，实验结果证明了系统控制策略的有效性。

目录

速度传感器故障状态下的双馈风电系统控制研究

RESEARCH ON CONTROL OF DOUBLY FED

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 风力发电技术研究现状及发展趋势

1.2.1 风电发展历史及现状

1.2.2 风力发电技术发展趋势

1.3 双馈风力发电技术

1.4 风电系统故障检测发展现状

1.5 无速度传感器控制策略在双馈电机中的应用

1.6 本论文研究的目的和主要内容

第2章 双馈风电系统数学建模及控制策略

2.1 双馈电机变速恒频运行原理

2.2 双馈风力发电机的数学模型

2.2.1 双馈电机在三相静止坐标系下的数学模型

2.2.2 双馈电机在两相同步旋转坐标系下的数学模型

2.3 双馈风力发电机的控制策略

2.4 网侧变换器的数学模型

2.4.1 采用开关函数描述的PWM整流器数学模型

2.4.2 同步旋转dq轴系下PWM整流器的数学模型

2.5 网侧变换器的控制策略

2.6 本章小结

第3章 速度传感器故障检测

3.1 引言

3.2 双馈风电系统速度传感器故障检测研究

3.2.1 故障诊断方法研究

3.2.2 双馈风电系统速度传感器故障检测方法研究

3.3 故障检测仿真研究

3.4 本章小结

第4章 双馈电机无速度传感器控制方法

4.1 速度辨识方法

4.2 双馈电机的转速观测方法

4.2.1 模型参考自适应原理

4.2.2 基于MRAS的双馈电机转速观测方法

4.3 双馈风电系统无速度传感器控制系统的仿真研究

4.4 本章小结

第5章 系统实验研究

5.1 引言

5.2 双馈风电系统试验平台

5.3 控制系统软件设计

5.4 系统实验结果

5.4.1 速度传感器故障实验

5.4.2 系统静态比较实验

5.4.3 系统动态实验

5.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢