专利名称：双馈风电机组关键传感器故障的判断方法
技术领域：
本发明涉及一种双馈风电机组的关键传感器故障的判断方法，具体包括定子电压 传感器和定、转子电流传感器故障的判断方法，属于风力发电技术领域。
背景技术：
随着我国并网风力发电机组的单机容量日益增大，以及大型风电场尤其是海上风 电场的规划、建设和运行，如何提高和保障风力发电机组的运行可靠性已经成为国内外工 程界和学术界关注的焦点。双馈风电机组是目前风力发电中应用的一种主流机型，双馈发 电机定子三相绕组接工频电网，转子绕组与幅值、频率、相位和相序均可调节的四象限变频 器相连。通过双PWM变流器的解耦控制可以实现双馈发电机有功、无功功率的解耦以及变 速恒频发电。双馈风电机组控制系统的安全可靠性将直接影响风力发电系统的正常稳定运行， 据不完全统计，风电场因运行环境而出现故障或失效的主要风电机组部件中40 50%涉 及到控制系统，其中传感器的故障问题是控制系统故障问题中不可忽视的一部分。一旦涉 及影响控制系统功能的关键传感器发生故障，如电压、电流传感器，将可能直接导致现有控 制系统的不稳定运行，进而直接影响风力发电机组运行的可靠性和安全性，因此，如何判断 双馈风电机组关键传感器的故障对提高机组运行可靠性和安全性具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双馈风电机组的关键传感器故障的判断方法，可以避 免因定、转子电流和定子电压传感器故障对系统造成的损害，提高双馈风电机组的可靠性。本发明的目的是通过下述技术方案实现的双馈风电机组的关键传感器故障的判断方法有以下步骤(1)通过双馈发电机定、转子绕组上的定子电压传感器测得定子电压信号Uabc s, 定、转子电流传感器测得定子电流信号Iab。—s和转子电流信号Iab。f发电机轴上的转速传感 器测得转子的转速信号ω ρ检测转子侧变频器PWM发生器的转子电压控制信号Uabc^;(2)将定子电压信号Uabc—S和转子电压信号Uabc^变换到同步旋转坐标系下，获得同 步旋转坐标系下的定子电压信号Udq s和转子电压信号Udu，将定子电流信号Iab。s和转子电 流信号Iab。—/变换到同步旋转坐标系下，获得同步旋转坐标系下的定子电流信号Id(LS和转子 电流信号IdU ；(3)通过双馈发电机的电压方程(见具体实施方式
中的式(3))，用定、转子电压信 号Ud(LS、Ud^r和转速信号构造定、转子电流j和的观测器模型，以及用定、转子电 流测量信号Id(LS、和转速信号构造定子电压f/;」的观测器模型，建立定、转子电流 和定子电压的空间状态方程；(4)将同步坐标轴系下的定子电压观测信号f/;」和定、转子电流观测信号
权利要求
一种双馈风电机组关键传感器故障的判断方法，其特征在于有以下步骤(1)通过双馈发电机定、转子绕组上的定子电压传感器测得定子电压信号Uabc_s，定、转子电流传感器测得定子电流信号Iabc_s和转子电流信号Iabc_r，发电机轴上的转速传感器测得转子的转速信号ωr，检测转子侧变频器PWM发生器的转子电压控制信号Uabc_r；(2)将定子电压信号Uabc_s和转子电压信号Uabc_r变换到同步旋转坐标系下，获得同步旋转坐标系下的定子电压信号Udq_s和转子电压信号Udq_r，将定子电流信号Iabc_s和转子电流信号Iabc_r变换到同步旋转坐标系下，获得同步旋转坐标系下的定子电流信号Idq_s和转子电流信号Idq_r；(3)通过双馈发电机的电压方程，用定、转子电压信号Udq_s、Udq_r和转速信号ωr构造定、转子电流和的观测器模型，以及用定、转子电流测量信号Idq_s、Idq_r和转速信号ωr构造定子电压的观测器模型，建立定、转子电流和定子电压的空间状态方程；(4)将同步坐标轴系下的定子电压观测信号和定、转子电流观测信号逆变换到静止坐标轴系下的和(5)将定、转电流和定子电压的各相传感器测量值与观测器对应的观测值进行比较，得到每相传感器的故障残差值；(6)利用观测器的实时观测值，取相应的比例值得到各相传感器故障判断环节的自适应阈值，根据软、硬故障的不同，分别得到不同故障的自适应阈值。(7)比较各相传感器的故障残差与其自适应阈值，当故障残差小于软故障自适应阈值时，传感器正常工作；当故障残差大于软故障阈值且小于硬故障阈值时，软故障扰动过滤单元启动；当故障残差大于硬故障阈值时，硬故障扰动过滤单元启动。FDA0000026915150000011.tif,FDA0000026915150000012.tif,FDA0000026915150000013.tif,FDA0000026915150000014.tif,FDA0000026915150000015.tif,FDA0000026915150000016.tif,FDA0000026915150000017.tif
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(2)中所述的变换，是将三相静止坐 标系下的定、转子电流信号和定、转子电压信号经3/2相坐标变换变换到两相同步旋转坐 标系下。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(4)中所述的逆变换，是将三相静止 坐标abc轴系逆变换到两相同步旋转坐标dq轴系的变化矩阵为Cawdq "sin θ, sin(没-120), sin(没 + 120)— cos 化 cos(^ -120), cos(^ +120)式中θ为旋转坐标d轴与三相静止坐标轴系A轴之间的夹角，定子磁场旋转的同步电 角速度《3和位置角θ之间的关系满足cos = de/dt，其中t表示时间。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)所述构造的定子电压f/;」的观测 器模型和定、转子电流&和,的观测器模型，分别通过以下两式来构造观测器模型
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(4)中所述的逆变换，是将同步旋转 坐标系下的定子电压观测信号f/^和定、转子电流信号/^、/;—,通过2/3相坐标逆变换， 即Cawdq取逆，从同步旋转坐标系变换到三相静止坐标系下。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(7)中若软故障或硬故障过滤 单元启动，计时器将开始计时，当满足计时时间值后进行故障报警；当不满足计时时间值 时，判断方法视为扰动信号带来的残差变化，系统则不进行报警。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述步骤(6)中计时时间的选取原则为 软故障计时时间为五倍传感器测量信号的周期；硬故障计时单元为两倍传感器测量信号的 周期。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述步骤(7)中信号周期的大小分别如 下定子电压信号和定子电流信号的周期为0. 02s，转子电流信号周期T2通过公式T2 = 2 π / (ωχ-ωΓ)计算得到，其中Q1为定子磁场旋转的同步电角速度；为转子旋转的角速度。
全文摘要
本发明提供了一种双馈风电机组关键传感器故障的判断方法。该方法采用观测器模型、故障检测单元和扰动过滤单元，实现对关键传感器故障的有效判断。从双馈发电机电磁暂态模型出发，构建了定、转子电流和定子电压的观测器模型；通过分析传感器可能的软、硬故障类型，利用自适应阈值的方法构建了故障检测单元；当故障残差大于自适应阈值时，通过计时单元的设计构建了扰动过滤单元；完成了基于自适应阈值的传感器故障判断模型的设计。该方法利用构造相应观测器的算法来实现，提高了观测器算法对故障判断的适应性和准确性；采用自适应阈值和扰动过滤单元相结合的方法，减少了传感器故障的误报率，提高了故障判断的鲁棒性。
文档编号H02P21/13GK101977008SQ201010289539
公开日2011年2月16日 申请日期2010年9月24日 优先权日2010年9月24日
发明者李辉, 杨超, 赵斌, 赵猛, 陈宏文 申请人:重庆大学