风力发电机组高性能的先进控制风力发电机组高性能的先进控制风力

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1、风力发电机组高性能的先进控制风力发电机组高性能的先进控制风力发电机组高性能的先进控制风力发电机组高性能的先进控制技术解决方案技术解决方案技术解决方案技术解决方案李辉博士重庆科凯前卫风电设备有限责任公司二○一○年十一月十二日风为我控，引领未来主要内容主要内容一、风电机组控制技术的发展二、风电机组传感器故障诊断及容错方案三、基于监测信息的风电机组状态评估方案四、公司风电控制系统产品介绍风为我控，引领未来一、风电机组控制技术的发展一、风电机组控制技术的发展1.风电机组发展�第一代：以失速型为代表的功能型风电机

2、组�第二代：以变速变桨技术为代表效率型机组�第三代：以电网适应技术为代表的友好型机组风电机组在二十年寿命周期内累计运转时间达12万小时，而汽车部件平均寿命4000小时。风为我控，引领未来一、风电机组控制技术的发展一、风电机组控制技术的发展2.控制系统目标及技术要求发展�核心目标�可靠、高效、安全和灵活。�技术要求�保证可靠运行，延长机组寿命�获取最大能量，提高发电效率�提高电力质量，满足并网要求�功率独立控制，适应电网调度�提高利用率和诊断能力，实现状态检修和全寿命周期管理。风为我控，引领未来一、风电机

3、组控制技术的发展一、风电机组控制技术的发展3.海上风电机组控制技术发展�核心目标：可靠、高效、安全�控制技术特点和要求：�大量采用冗余技术，提高可靠性�在线诊断和综合状态评估预测�更强的远程监测与智能化控制�优化的维护策略和状态检修�全面的防雷保护和防腐设计风为我控，引领未来二、风电机组传感器故障诊断及容错方案二、风电机组传感器故障诊断及容错方案1.问题提出�因运行环境而出现故障或失效的风电机组部件中40～50%涉及控制系统，其中传感器故障是控制系统故障中不可忽视问题。�控制系统中转速和转子位置角信号是

4、双馈发电机矢量控制的重要参数，一旦相应传感器出现故障，将直接导致转速和转子位置角信号的丢失或者不稳定。�电压、电流传感器故障也将可能直接导致现有控制系统的不稳定运行。在不增加硬件成本前提下研究机组关键传感器故障诊断和容错控制对提高机组运行可靠性和安全性具有重要的现实意义。风为我控，引领未来二、风电机组传感器故障诊断及容错方案二、风电机组传感器故障诊断及容错方案2.解决方案Pird_refu'u*βmax+rateref+rd+rdu*maxPIPIrabc_-+-'-T2r/3sPWMωrβ'β风力机Q

5、iurq*+refdβrefref+rq_ref+urq桨距角计算桨距角PIPIdt+-调节装置---irdirabc_*0°−ratePωmaxsTri3s/2rrqQs补偿量定子电最大风ωr计算压频率ω能捕获θs−r-θr定子电压1usdDFIG锁相环2πUs_abc+f+usqT3s/2rωUabc_s1ω定子rdur有功θdt转子电_s无功i*PLLUs_abc转子电流流频率计算sdωr计fωIus2s_abc算锁相环2πisqT3s/2rPLLIs_abcfiIrabc_rf2电网通过定子电压

6、和转子电流的频率就可以实现双馈风电机组对转子转速的观测，实现转速传感器的冗余设计、故障诊断和容错运行。风为我控，引领未来二、风电机组传感器故障诊断及容错方案二、风电机组传感器故障诊断及容错方案风力机电网DFIG定U定子3abc_s3子电定转电流压传子电I*传感转子电压流观abc_s3转子侧PWM网侧PWM感器故变流器变流器器测器*I障转3abc_r子诊电流II断传abc_ruabc_convIPWMdcPWMabc_s单感定子*器Uabc_sUabc_s元转子侧矢网侧矢量电压ωr量控制器控制器Iabc_

7、sI观测abc_r器Iq_r_refudc_refQs_ref�通过测量定子电压和转子电压控制量可以实现双馈风电机组对定、转子电流的观测。�通过测量定、转子电流可实现双馈风电机组对定子电压观测。从而实现定、转子电流传感器和定子电压传感器的冗余设计、故障诊断和容错运行。风为我控，引领未来二、风电机组传感器故障诊断及容错方案二、风电机组传感器故障诊断及容错方案3.验证可以看出转速容错输出信号在传感器故障前为传感器信号，当传感器故障报警时，切换到了观测器的输出值，实现了转速传感器故障的容错控制。风为我控，引领

8、未来二、风电机组传感器故障诊断及容错方案二、风电机组传感器故障诊断及容错方案风为我控，引领未来二、风电机组传感器故障诊断及容错方案二、风电机组传感器故障诊断及容错方案3.验证通过仿真和试验，利用构建的观测器和传感器输出值比较得到的残差信息，将观测器输出作为产生软、硬故障自适应阈值的输入，能实现关键传感器冗余设计、故障诊断、容错运行以及扰动信号的辨识。风为我控，引领未来三、基于监测信息的风电机组状态评估方案三、基于监测信息的风电机组状态评估方