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第1章 绪论1

1.1 风电背景及意义1

1.2 风电机组的结构3

1.3 风电机组的常规控制策略5

1.4 故障诊断与容错控制10

1.4.1 故障诊断10

1.4.2 容错控制13

1.5 风电机组故障诊断与容错控制国内外研究现状16

1.6 本章小结17

第2章 风电机组的结构模型18

2.1 模型结构18

2.2 风速模型19

2.2.1 风切变19

2.2.2 塔影效应20

2.2.3 湍流21

2.2.4 整合的风速模型22

2.3 空气动力学模型23

2.4 传动系模型25

2.5 塔架模型26

2.5.1 塔架数学模型27

2.5.2 塔架前后振动动态特性28

2.5.3 塔架侧向振动动态特性29

2.6 电力系统模型29

2.7 变桨系统模型30

2.8 简化的动力学模型31

2.9 组合模型32

2.10 传感器参数34

2.11 本章小结35

第3章 故障分析36

3.1 模型划分37

3.2 故障传播分析38

3.3 故障评估41

3.4 结构分析45

3.5 故障设定50

3.5.1 桨距传感器故障51

3.5.2 变桨执行器故障51

3.5.3 发电机转速传感器故障53

3.6 矫正措施的选择53

3.6.1 桨距传感器故障的矫正措施54

3.6.2 变桨执行器故障的矫正措施54

3.6.3 发电机转速传感器故障的矫正措施55

3.7 本章小结56

第4章 故障诊断57

4.1 可重构的风速估计器58

4.1.1 状态估计器59

4.1.2 输入估计器60

4.1.3 有效风速的计算60

4.1.4 可重构风速估计器的验证61

4.2 可重构的扩展卡尔曼滤波器63

4.2.1 扩展卡尔曼滤波器算法63

4.2.2 可重构扩展卡尔曼滤波器的调度64

4.2.3 可重构扩展卡尔曼滤波器的验证64

4.3 单个桨距传感器偏差的诊断66

4.3.1 单个桨距传感器偏差的初步研究66

4.3.2 单个桨距传感器偏差的故障诊断69

4.3.3 单个桨距传感器偏差的检测70

4.3.4 单个桨距传感器偏差的分离72

4.3.5 单个桨距传感器偏差的估计72

4.3.6 单个桨距传感器偏差诊断算法的验证73

4.4 多个桨距传感器偏差的诊断75

4.4.1 多个桨距传感器偏差的检测76

4.4.2 多个桨距传感器偏差的分离76

4.4.3 多个桨距传感器偏差的估计77

4.4.4 多个桨距传感器偏差诊断算法的验证78

4.5 变桨系统动态估计79

4.5.1 基于极限值方法的多模型估计80

4.5.2 基于所有执行器模型的估计81

4.5.3 使用扩展卡尔曼滤波器的多模型估计82

4.5.4 约束实现84

4.5.5 验证对变桨系统动态特性的估计84

4.6 液压泄漏的检测85

4.7 变桨执行器卡死的检测87

4.7.1 采用多重假设检验对变桨执行器卡死的检测88

4.7.2 变桨执行器卡死检测的鲁棒性90

4.7.3 满负载运行下变桨执行器卡死检测的验证90

4.7.4 使用辅助信号设计对变桨执行器卡死的检测91

4.8 比例速度误差诊断98

4.8.1 比例速度误差检测99

4.8.2 基于峰值检测的窗函数估计100

4.8.3 基于振子模型找出三相频率的估计102

4.8.4 比例速度误差估计的证明103

4.8.5 部分载荷运行结果103

4.8.6 满载运行结果104

4.9 发电机转速传感器中固定输出的检测105

4.10 本章小结106

第5章 基于信号修正的容错控制107

5.1 单个桨距传感器偏差的调节108

5.1.1 单个桨距传感器偏差调节的设计108

5.1.2 单个桨距传感器偏差的证明108

5.2 多桨距传感器偏差的调节110

5.2.1 多桨距传感器偏差的调节设计110

5.2.2 多桨距传感器偏差的证明110

5.3 比例速度误差的调节111

5.3.1 比例速度误差的调节设计112

5.3.2 比例速度误差的证明112

5.4 发电机转速传感器固定输出的调节113

5.4.1 发电机转速传感器固定输出调节的设计113

5.4.2 发电机转速传感器固定输出的证明114

5.5 本章小结115

第6章 LPV容错控制方法116

6.1 主动容错和被动容错LPV控制方法的介绍117

6.1.1 主动容错和被动容错控制系统的结构117

6.1.2 容错LPV控制系统结构118

6.1.3 主动容错和被动容错控制器设计方法118

6.2 主动容错LPV控制器设计过程119

6.2.1 主动容错LPV系统描述119

6.2.2 主动容错LPV控制器优化问题120

6.2.3 主动容错LPV控制器的综合123

6.3 被动容错LPV控制器设计过程124

6.3.1 被动容错LPV系统描述124

6.3.2 被动容错LPV控制器最优化问题125

6.3.3 被动容错LPV控制器的综合128

6.4 常规LPV系统描述129

6.4.1 仿射LPV系统描述129

6.4.2 速率范围132

6.4.3 带性能指标的系统132

6.5 主动容错控制器的设计133

6.5.1 AFTC的证明134

6.5.2 两个控制器间切换的证明134

6.6 被动容错控制器的设计135

6.7 AFTC与PFTC的比较138

6.8 集成测试141

6.9 本章小结143

第7章 风电机组的状态监测145

7.1 SCADA系统概述145

7.2 SCADA系统组成145

7.2.1 SCADA系统结构146

7.2.2 数据检测和预处理147

7.2.3 通信模块151

7.2.4 SCADA功能描述153

7.3 SCADA使用说明153

7.3.1 登录界面153

7.3.2 风场主界面154

7.3.3 风场地理信息界面162

7.3.4 风机界面162

7.3.5 SQL Server 2005数据库访问166

参考文献169

附录A严重程度及发生率分析172

附录B线性化186

附录C参考控制器190

附录D性能可靠的LPV控制器设计过程推导202