基于改进滑模观测器的双馈异步发电机故障诊断方法技术

本发明专利技术提供了一种基于改进滑模观测器的双馈异步发电机故障诊断方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤S1，根据双馈异步发电机的电压方程和磁链方程，并结合分数阶微积分算法和指数趋近律，构建改进分数阶PID滑模观测器；步骤S2，根据改进分数阶PID滑模观测器，得到观测转子d

【技术实现步骤摘要】
基于改进滑模观测器的双馈异步发电机故障诊断方法


[0001]本专利技术属于电气控制领域，具体涉及一种基于改进滑模观测器的双馈异步发电机故障诊断方法。

技术介绍

[0002]随着日渐严峻的能源问题，发电领域使用化石能源造成大量碳排放的问题得到了重视。基于这些问题，可再生能源发电成为日前热门的话题，而其中风力发电又是可再生能源发电的重中之重。随着近些年风力发电的大力发展，风电总装机容量迅速增长，单机容量不断增加，这其中双馈异步发电机在风力发电中扮演主要角色，凭借其有功无功可独立调节、调速范围宽、成本低等优点，成为应用最多的风电发电机型。
[0003]由于风力发电机工作环境恶劣，比如海上风电经常处于台风等恶劣天气，且风电组件处于潮湿环境，极易受到盐雾腐蚀而产生故障，一旦发生故障不能及时发现，不仅会对风电机组及部件造成严重损害，还会对破坏电力系统的稳定性。如果不能及时发现故障并进行维修，由故障导致的停机时间越长，造成的损失越大，所以采用合理的故障诊断方法显得尤为重要，而传统的故障诊断方法已很难满足现在的要求。理想的风电故障诊断装置需要对早期故障反应更加灵敏，便于运维人员及时进行维修。双馈异步发电机是风力发电机组中重要的装置，由于其运行范围宽、有功和无功功率可独立调节、变流器低成本等优点，在风电领域受到广泛应用。
[0004]发电机作为风电机组的关键部件，且具有很高的故障停机率，对于它的早期故障检测极为重要，但是电机的早期故障具有幅值小、非平稳、易受工况影响等特点，现有技术难以从电机的复杂信号中提取有效信息，所以不能对电机的早期故障进行可靠的在线诊断，致使很多电机“带病”运行最终引发更严重的停机故障。

技术实现思路

[0005]本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于改进滑模观测器的双馈异步发电机故障诊断方法。
[0006]本专利技术提供了一种基于改进滑模观测器的双馈异步发电机故障诊断方法，用于根据传感器采集的双馈异步发电机的转子d轴电压值、转子q轴电压值、转子d轴电流值i
dr
、转子q轴电流值i
qr
、定子d轴电压值、定子q轴电压值和转子转速以及设定的故障阈值对双馈异步发电机进行故障诊断，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤S1，根据双馈异步发电机的电压方程和磁链方程，并结合分数阶微积分算法和指数趋近律，构建改进分数阶PID滑模观测器；步骤S2，将转子d轴电压值、转子q轴电压值、定子d轴电压值、定子q轴电压值和转子转速输入改进分数阶PID滑模观测器，得到观测转子d轴电流值和观测转子q轴电流值步骤S3，根据转子d轴电流值i
dr
和观测转子d轴电流值得到转子d轴电流残差e
d
，根据转
子q轴电流值i
qr
和观测转子q轴电流值得到转子q轴电流残差e
q
；步骤S4，根据转子d轴电流残差e
d
的绝对值|e
q
|、转子q轴电流残差e
q
的绝对值|e
q
|和故障阈值进行判断，得到故障诊断的结果。
[0007]在本专利技术提供的基于改进滑模观测器的双馈异步发电机故障诊断方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤S1包括以下子步骤：步骤S1
‑
1根据电压方程和磁链方程，构建状态空间方程；步骤S1
‑
2，根据定子电压定向矢量控制法将定子电阻设为零，进而将状态空间方程转为转子电流状态空间方程；步骤S1
‑
3，根据转子电流状态空间方程和分数阶PID滑模面，构建改进分数阶PID滑模观测器。
[0008]在本专利技术提供的基于改进滑模观测器的双馈异步发电机故障诊断方法中，还可以具有这样的特征：其中，在步骤S1
‑
1中，电压方程的表达式为：式中uds为定子d轴电压值，u
qs
为定子q轴电压值，u
dr
为转子d轴电压值，u
qr
为转子q轴电压值，R
s
为定子电阻值，R
r
为转子电阻值，i
ds
为d轴定子电流，i
qs
为q轴定子电流，λ
ds
为d轴定子磁链，λ
qs
为q轴定子磁链，λ
dr
为d轴转子磁链，λ
qr
为q轴转子磁链，ω
s
为定子转速，ω
f
为滑差速度，磁链方程的数学表达式为：式中L
m
为定子和转子之间的互感值，L
σs
为定子的漏磁通，L
σr
为转子的漏磁通，状态空间方程的数学表达式为：为转子的漏磁通，状态空间方程的数学表达式为：u＝[u
ds u
qs u
dr u
qr
]T
，i
r
＝[i
dr i
qr
]T
，i
s
＝[i
ds i
qs
]T
，，式中σ为漏磁系数，y为状态空间方程的输出矢量，C为状态空间方程的输出矩阵。
[0009]在本专利技术提供的基于改进滑模观测器的双馈异步发电机故障诊断方法中，还可以
具有这样的特征：其中，在步骤S1
‑
2中，定子电阻设为零时电压方程和磁链方程的数学表达式为：式为：式中u
s
为定子电压幅值，λ
s
为定子磁链幅值，转子电流状态空间方程的数学表达式为：流状态空间方程的数学表达式为：
[0010]在本专利技术提供的基于改进滑模观测器的双馈异步发电机故障诊断方法中，还可以具有这样的特征：其中，在步骤S1
‑
3中，分数阶PID滑模面s的数学表达式为：3中，分数阶PID滑模面s的数学表达式为：3中，分数阶PID滑模面s的数学表达式为：式中K
p1
、K
i1
、K
d1
、K
p2
、K
i2
和K
d2
均为滑模面系数，为分数阶积分算子，为分数阶微分算子，i
dr
(t)为t时刻的d轴转子电流，为t时刻的d轴转子电流观测器估计值，i
qr
(t)为t时刻的q轴转子电流，为t时刻的q轴转子电流观测器估计值，e
d
(t)为t时刻的d轴转子电流误差，e
q
(t)为t时刻的q轴转子电流误差，改进分数阶PID滑模观测器的数学表达式为：子电流误差，改进分数阶PID滑模观测器的数学表达式为：子电流误差，改进分数阶PID滑模观测器的数学表达式为：
[0011]式中为状态变量的观测值，ω
r
为转子转速，ξ和η均为趋近律系数。
[0012]在本专利技术提供的基于改进滑模观测器的双馈异步发电机故障诊断方法中，还可以具有这样的特征：其中，在步骤S3中，转本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于改进滑模观测器的双馈异步发电机故障诊断方法，用于根据传感器采集的双馈异步发电机的转子d轴电压值、转子q轴电压值、转子d轴电流值i
dr
、转子q轴电流值i
qr
、定子d轴电压值、定子q轴电压值和转子转速以及设定的故障阈值对所述双馈异步发电机进行故障诊断，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，根据所述双馈异步发电机的电压方程和磁链方程，并结合分数阶微积分算法和指数趋近律，构建改进分数阶PID滑模观测器；步骤S2，将所述转子d轴电压值、所述转子q轴电压值、所述定子d轴电压值、所述定子q轴电压值和所述转子转速输入所述改进分数阶PID滑模观测器，得到观测转子d轴电流值和观测转子q轴电流值步骤S3，根据所述转子d轴电流值i
dr
和所述观测转子d轴电流值得到转子d轴电流残差e
d
，根据所述转子q轴电流值i
qr
和所述观测转子q轴电流值得到转子q轴电流残差e
q
；步骤S4，根据所述转子d轴电流残差e
d
的绝对值|e
q
|、所述转子q轴电流残差e
q
的绝对值|e
q
|和所述故障阈值进行判断，得到所述故障诊断的结果。2.根据权利要求1所述的基于改进滑模观测器的双馈异步发电机故障诊断方法，其特征在于：其中，所述步骤S1包括以下子步骤：步骤S1
‑
1根据所述电压方程和所述磁链方程，构建状态空间方程；步骤S1
‑
2，根据定子电压定向矢量控制法将定子电阻设为零，进而将所述状态空间方程转为所述转子电流状态空间方程；步骤S1
‑
3，根据所述转子电流状态空间方程和分数阶PID滑模面，构建所述改进分数阶PID滑模观测器。3.根据权利要求2所述的基于改进滑模观测器的双馈异步发电机故障诊断方法，其特征在于：其中，在所述步骤S1
‑
1中，所述电压方程的表达式为：式中u
ds
为所述定子d轴电压值，u
qs
为所述定子q轴电压值，u
dr
为所述转子d轴电压值，u
qr
为所述转子q轴电压值，R
s
为定子电阻值，R
r
为转子电阻值，i
ds
为d轴定子电流，i
qs
为q轴定子电流，λ
ds
为d轴定子磁链，λ
qs
为q轴定子磁链，λ
dr
为d轴转子磁链，λ
qr
为q轴转子磁链，ω
s
为定子转速，ω
f
为滑差速度，所述磁链方程的数学表达式为：
式中L
m
为定子和转子之间的互感值，L
σs
为定子的漏磁通，L
σr
为转子的漏磁通，所述状态空间方程的数学表达式为：所述状态空间方程的数学表达式为：所述状态空间方程的数学表达式为：所述状态空间方程的数学表达式为：所述状态空间方程的数学表达式为：u＝[u
ds u
qs u
dr u
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]
T
,i
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dr i
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]
T
，i
s
＝[i
ds i
qs
]
T
，式中σ为漏磁系数，y为所述状态空间方程的输出矢量，C为所述状态空间方程的输出矩阵。4.根据权利要求2所述的基于改进滑模观测器的双馈异步发电机故障诊断方法，其特征在于：其中，在所述步骤S1
‑
2中，定子电阻设为零时所述电压方程和所述磁链方程的数学表达式为：达式为：
式中u
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李东东，徐鹏涛，赵耀，杨帆，林顺富，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：