永磁直驱风电机组位置传感器容错技术

【摘要】：大部分的风电机组都被安装在偏远地区，如草原，海边等。风电机组的每次故障停机都会对电网和业主带来很大损失，因此提高机组的故障容错能力对风电机组故障运行很有帮助。而据统计，传感器或执行器的故障导致了80%的控制系统崩溃。 目前工程应用中已有的直驱风电机组机侧变流器控制策略，都是建立在各类传感器正常工作的基础上，位置传感器就是其中之一。而研究中的发电机转子位置估计技术运行性能还不能达到完全取代物理传感器地步。因此现在的工程应用中，一旦位置传感器故障必须停机检修，势必会带来损失。为了提高直驱风电机组故障容错能力，本文提出了机侧变流器控制系统的动态重构控制策略，根据转子位置传感器状态判别，在控制系统中对有位置传感器控制模式和无位置传感器控制模式进行动态无扰重构。本人完成的主要工作有： （1）为永磁同步风电机组机侧变流器控制器构建一个位置传感器容错控制机构，并分析该机构中故障监测单元和容错控制单元的作用和结构。 （2）通过阅读文献，在不同坐标系建立永磁同步发电机数学模型，为class=0矢量控制奠定基础，并通过SVPWM调制方法对机侧变流器进行控制，在Simulink环境搭建模型验证控制算法的可行性。 （3）采用纯数字锁相环技术估计永磁同步电机转速，并分析了等幅电压矢量和等宽电压脉冲应用在永磁同步电机初始位置估计的应用方法。在Simulink环境搭建模型，验证数字锁相环转速估计技术的可行性，同时对动静态的估算误差进行分析。 （4）通过拉格朗日插值多项式和RBF神经网络相结合的方法获取发电机位置传感器状态监测点的速度。结合转速估计值与传感器检测值进行残差计算，检测位置传感器状态。 （5）通过判断位置传感器的状态启动重构，利用拉格朗日差值多项式和故障前的有效数据计算故障点的转速，以不影响系统稳定性的最大转速差向转速估计值靠拢，直到相等，以实现动态重构过程的一致性和连续性。通过Matlab仿真和相关实验验证理论的可行性。 【关键词】：永磁同步发电机 容错控制 矢量控制 动态重构 位置传感器
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题来源9-11
• 1.1.1 国内外风力发电现状9-10
• 1.1.2 容错控制的意义10-11
• 1.2 直驱风电系统拓扑结构11-13
• 1.2.1 不控整流+相控逆变+无功补偿11-12
• 1.2.2 不控整流+电压源型PWM12
• 1.2.3 不控整流+Boost+电压型PWM12-13
• 1.2.4 双 PWM 变流器13
• 1.3 直驱风电机组机侧变流器控制策略13-14
• 1.3.1 有位置传感器控制策略13-14
• 1.3.2 无位置传感器控制策略14
• 1.4 直驱风电系统容错控制技术14-16
• 1.5 本文主要研究内容16-17
• 第2章 位置传感器容错机构简介17-21
• 2.1 容错机构概述17-18
• 2.2 容错控制系统结构18
• 2.3 各单元的设计18-20
• 2.3.1 故障诊断单元18-19
• 2.3.2 容错控制单元19-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第3章 机侧变流器矢量控制策略21-35
• 3.1 永磁同步发电机特点21-22
• 3.2 永磁同步发电机数学模型22-26
• 3.2.1 三相静止坐标系数学模型22-23
• 3.2.2 坐标变换23-25
• 3.2.3 dq坐标系数学模型25-26
• 3.3 i_d = 0矢量控制26-28
• 3.4 空间矢量脉宽调制技术28-32
• 3.4.1 SVPWM基本原理28-31
• 3.4.2 SVPWM的实现31-32
• 3.5 仿真与结果分析32-34
• 3.6 本章小结34-35
• 第4章 永磁同步发电机转速位置估算技术35-46
• 4.1 发电机转速及位置估计36-38
• 4.1.1 数字锁相环36
• 4.1.2 位置估算分析36-38
• 4.2 锁相环位置估计的实现38-39
• 4.3 发电机初始位置估计39-41
• 4.4 初始位置估计的实现41-43
• 4.4.1 等幅电压矢量定位41-42
• 4.4.2 等宽电压脉冲定位42-43
• 4.5 仿真与结果分析43-45
• 4.6 本章小结45-46
• 第5章 转子位置传感器容错控制的实现46-60
• 5.1 位置传感器故障检测46-52
• 5.1.1 利用Lagrange插值多项式获取ω test47
• 5.1.2 利用RBF神经网络获取ω hist47-50
• 5.1.3 位置传感器状态判断50-52
• 5.2 故障重构控制策略52-54
• 5.2.1 控制系统的重构问题52
• 5.2.2 重构点ω 和θ 初始值的确定52-53
• 5.2.3 动态重构过程53-54
• 5.3 仿真与结果分析54-57
• 5.3.1 获取ω test仿真54
• 5.3.2 获取ω hist仿真54-55
• 5.3.3 位置传感器故障检测仿真55-56
• 5.3.4 动态重构过程仿真56-57
• 5.4 相关实验57-59
• 5.5 本章小结59-60
• 第6章 总结与展望60-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-67
• 附录A 个人简历及攻读硕士学位期间发表的论文67-68
• 附录B 攻读硕士学位期间参与的科研项目情况68

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