基于容错控制风力发电机运行可靠性研究

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1、自动化技术与应用》2012年第31卷第5期工业控制与应用ndustryControlandApplications基于容错控制的风力发电机运行可靠性研究★刘亚娟，辛宗生。于巍巍，刘喜平(黑龙江工程学院机电工程学院，黑龙江哈尔滨150050)摘要：根据风力发电机控制系统的特点，融合模糊神经网络故障诊断技术，提出了一种对制动系统的执行器失效故障采用动念馊什冗余的容错控制策略，确保设备运行的安全性与可靠性。并通过具体实验，验证J故障诊断与容错控制方法的有效性。关键词：风力发电机；可靠性；容错控制；硬件冗余；传感器中图分类号：TK83文献标识码：A文章编号：1003—7241(2012)0

2、5—001604ResearchonOperationReliabilityofWindPowerGeneratorBasedonFaultTolerantControILIUYa~uan，XINZong-sheng，YUWei-wei，LIUXi·ping(DepartmentofMechanicalandElectricalEngineering，HeilongjiangInstituteofTechnology,Harbin150050China)Abstract：Accordingtothecharacteristicsofwindturbinecontrolsystem，

3、combiningfuzzyneuralnetworkfaultdiagnosistechnology，putforwardakindofbrakesystemofactuatorfailuresusingdynamichardwareredundancyfaulttolerantcontrolstrategy，ensuretheequipmentsafetyandreliability．Andthroughtheexperimentalverification，faultdiagnosisandfaulttolerantcontrolmethodareeffective．Keyw

4、ords：windturbine；reliability；faulttolerantcontrol；hardwareredundancy；sensor1引言2风力发电机控制系统的特点实现容错控制是提高动态系统可靠性的有效手段，风力发电机的控制系统一般采用电流反馈与速度由于风力发电机运行时对安全性与可靠性有很高的要反馈双闭环的控制方式，可控硅一电动机(KZ—D)调速系求，因此，开展对风力发电机容错控制技术的研究具有统就是典型的例子。图1为典型的KZ—D双闭环系统的重要意义。目前，在这方面的研究很少。因此，本文在原理图和动态结构图。引入容错控制技术的基础上，结合风力发电机控制系统的特点

5、，融合模糊神经网络故障诊断技术，利用一种容错控制律重组方法，它以正常情况下的动态模型作为参考模型，以保证发生传感器故障后系统的动态响应尽可能接近参考模型的响应作为设计目标，通过最优化算法实现控制律重组的离线设计[1I4】。在这种方法中，利用集成智能传感器容错控制方案[5-6】来实现风力发电机的图1双闭环KZ—D系统动态结构图容错控制。风力发电机双闭环KZ—D控制系统的传递函数：+基金项目：1．黑龙江省自然科学基金资助项目(编号E200938)；风力发电机控制系统由速度调节器传递函数2．黑龙江省教育厅科技研究项目(编号1l551396)收稿日期：2012—03—07AU(S)：疋、工

6、业控制与应用《自动化技术与应用》2012年第31卷第5期ndustryControlandApplications电流调节器传递函数=t、可控硅装式=器置(包括移相触发器)的传递函数而Udo(S)=(3)速度闭环传递函数、电一程4+1言1动机的传递函数为与两个环节组成、速度8反馈传递函数为丽、电流反馈传递函数为3基于动态硬件冗佘的制动系统执行等环节组成。根据以上各个环节，绘出双闭环KZ—D系器失效的容错控制统的动态结构如图】所示由前面的分析可知，制动系统是风力发电机的重要组成部分，用于风力发电机在运行中进行安全制动，__—是风力发电机的最后一道安全屏障。由于风力发电机在生产中的极端

7、重要性，因此，本文对制动系统的执行器失效故障采用动态硬件冗余的容错控制策略。即当图2电流环动态结构图故障诊断系统发出执行器失效报警后，立即由备份执行器代替已失效的执行器的输出，以保证风力发电机经过简化处理与计算，分别得到电流环和速度环的在制动阶段的安全运行【】。系统的容错控制结构如动态结构，如图2和图3所示。其传递函数计算如下：图4所示。·—————--(a)(b)图4制动系统执行机构失效故障的容错控制图3速度环的动态结构图(1)电流环的闭环传递函数4实验K风力发电机