摘要：随着社会的进步，经济的高速发展，传统的电能在一点点的消耗，然而风力发电在如今却风生水起。针对非线性风力发电系统，提出了一种基于滑模观测器的传感器故障诊断方法.基于考虑传感器加性故障的非线性动态模型，利用T--S模糊理论建立风力发电系统全局T--S模型，设计模糊T--S系统滑模故障观测器，产生对故障具有敏感性的残差，实现故障检测.通过等价输出控制方法来维持滑模运动，直接获取故障信息，重构传感器故障.最后以三叶片水平轴风力发电系统为例，仿真验证了该方法的有效性与可靠性。
关键词：风力发电系统；传感器；故障诊断
引言
由于人们生存的环境在被人类无情的糟蹋，那么环境保护的任务也日趋严格，以风力发电为代表的可再生能源越来越得到重视。风力作为洁净能源，进行发电的过程可以全面地提升资源的利用效率，毕竟风能作为可再生资源，取之不尽用之不竭，作为发电资源，可以对我国的能源结构进行调整，使得资源的使用更加节能高效。我国幅员辽阔，丰富的风力能源能够让我国的风力发电工程进行长久的发展，创造良好的经济以及环境效益。但是风力发电场在进行建设的过程中整体工程量较大，涉及的方面也较多，需要技术能力和建设周期较强的施工单位负责工作，这样才能进一步对工程质量进行控制，毕竟进行施工过程中存在较大的风险，因此需要合理地对风险进行规避。大力发展风力发电将有助于我国调整能源结构、减少污染环境、保障能源安全、实现可持续发展等。通常情况下，风电发电机组安装位置比较偏僻、自然环境比较恶劣，而且受到逆变器等电力电子装置和电网谐波等因素影响，容易发生故障。因此，对风力发电进行在线运行状态实时监测跟踪，具有十分重要的现实意义。风力发电机在风力发电的整个体系中起重要作用，是风能转化为电能的重要装置。它的设计理念、构造不仅影响输电的效率，更加影响输电的质量。
1风力发电概述和现状
1.1风力发电概述
出于对环境的保护，风力发电技术被作为一种清洁能源利用方式，他打破了传统的发电模式而受到各国的青睐。在陆地上建设的风力发电站已经得到了广泛的应用，但是陆地风力发电有一定得缺陷。例如，陆地风力发电需要占用很大的地域面积，而且还会产生很严重的噪音污染。但是海洋资源丰富，且不会占用土地面积，海上风力发电就受到了各国的关注。目前一些欧洲国家已经建设成了自己的海上风力发电站，将这一想法变成了事实。我国有丰富的海洋资源，邻近海域的风力资源也很丰富，将这些能源充分利用起来，对我国的能源与环境问题将会是一大帮助。因此，发展海洋风力发电技术具有重大的战略意义。
1.2风力发电现状
我国真正开始对风力发电进行实践与探索的时间是20世纪的50年代，但是首次引入55kW容量级别的风电机组且使其投入与商业之中，已是二十多年之后的21世纪80年代了。在这期间，我国风电市场正在摸索当中日趋成熟起来。截止至2009年末，我国的风电装机总容量已由2007年的世界排名第五位，跃居到第二位，达到了2601万kW。从这一统计数据可以看出，我国的风力资源非常的丰沛，且存在着巨大的可挖掘的风力发电市场潜力。在此情况下，随着我国经济的飞速发展，对能源的开发与研究也日益重视起来，政府已逐步加大了对风力发电技术研发的资金投入，着重要求扩大风力发电技术的应用范围和装机规模。由于风力发电的建设成本高而运行成本低，因此，如何在技术上进行革新，降低风电的基础设施建设费用也将成为日后技术人员的工作重点。
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2风力发电系统传感器故障诊断
2.1模型的故障诊断
基于解析模型的故障诊断方法是最早发展起来的、研究最为全面的一种方法，其方法是利用可测量的输入、输出值和系统准确的解析模型进行残差序列的构造，选定阈值对产生的残差进行分析和处理，通过残差评估来确定传感器所处的工作状态，从而获取故障征兆并实现故障诊断。在控制系统正常工况下，被控系统输出变量和解析模型输出冗余变量均随输入变量在正常范围内变动，两者比较产生的残差在理想情况下应是零均值白噪声，但由于建模误差、未知噪声的干扰，残差将在某阈值范围内波动。基于解析模型的诊断方法可分为状态估计方法、参数估计方法和等价空间法。
2.2风电场的无功补偿
风电资源因具有可预测性低，强波动性，强随机性等特点，大规模风电接入系统会引起系统电压波动，加之风电场中无功电压调节装置不同时间尺度的响应特性，增大了无功电压协调控制的难度，对系统的安全、可靠、稳定运行带来严重影响。因此，有必要对系统的无功电压控制进行研究。目前国内外研究主要是基于风电场或风电场群制定相应的风电场无功电压控制方案与措施。研究了不同类型风机并网对系统电压稳定性的影响，通过构建风电机组参与系统无功电压控制的控制模式，提出了风电场群两层多阶段无功电压协调控制模型，该过程同时考虑了风功率的强波动性，强随机性、不确定性以及多时间尺度的无功电压装置的响应特性。
2.3风力发电系统传感器故障诊断
过去的几十年内，风力发电系统的故障诊断技术已经逐步发展起来，学者和专家提出了众多故障诊断方法，如文献针对风力发电系统中的齿轮箱、发电机、叶片等主要部件，对现有故障诊断方法进行了分类与综述，为提高系统可靠性、降低成本等提供了有效的参考.目前风力发电系统的故障诊断方法主要分为基于解析模型、基于数据处理方法、基于智能和模糊网络方法.先进的建模技术使得基于模型的方法成为故障诊断中最为实用的方法之一，而观测器法应用最为广泛，其基本思想是根据系统的输入与可测输出设计状态观测器，产生一个输出误差作为残差，用来判断系统是否出现故障，并已经取得一系列成果.通过设计滑模观测器对风力发电系统的传感器进行故障检测与隔离，克服了系统外界干扰和不确定性，提高了系统的稳定性，但系统全局性与实时性差.利用未知输入观测器产生残差实现故障检测，提高了系统抗扰动和模型不确定性，其通过建立故障隔离逻辑表对不同故障辨别和隔离，工作复杂且对故障的幅值大小、波形等信息未知.采用观测器对传感器故障进行检测，其利用一种动态滤波器来获得故障大小，但不能在大范围内实现对故障的准确估计.因此可看出故障检测只能给出何时出现了故障，并不能得到故障信息.此时必须考虑故障重构技术，其在实现故障检测和分离的同时，得到故障大小与发生时间等信息，为采取有效措施消除故障对系统的影响提供更充分的依据.针对风力发电系统中执行器故障，通过设计滑模故障观测器获取故障信息，对执行器故障进行重构，达到故障诊断目的。
结语
伴随风力发电的不断开发利用，基于保证电力体系安全性、实用性、经济性等目标，要求风力发电具备传统电源的基本功能，其中调频技术尤为重要。目前，有些风力发电发展迅速的国家都规定了风力发电的备用容量，然而还未对电力系统惯性响应制定标准规范。
参考文献：
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[2]杨明明．大型风电机组故障模式统计分析及故障诊断［D］．北京：华北电力大学，2009.
[3]潘巧波，刘杨．双馈风电机组油温超限运行的控制策略［J］．黑龙江电力，2015，37（4）：360－363．
论文作者:田野
论文发表刊物:《电力设备》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/20
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