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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