[发明专利]永磁水力发电机的位置传感器故障诊断及容错控制方法

说明书

本发明公开一种永磁水力发电机的位置传感器故障诊断及容错控制方法，包括：获取发电机转子位置和转速的检测值；根据实测的电压电流值，结合预先构建的PMSG位置观测器，得到发电机转子位置和转速的观测值；根据所述发电机转子位置和转速的观测值、发电机转子位置和转速的检测值，进行位置传感器故障诊断；在诊断出位置传感器故障时，基于所述发电机转子位置和转速的观测值，进行容错控制。本发明采用基于表贴式永磁同步发电机反电动势模型位置观测的故障诊断方法，由传感器的检测值与观测器的观测值得到的残差与阈值进行比较完成对驱动系统的故障诊断，且通过位置观测器得到的估计值，可以实现在传感器故障之后的容错控制，具有较大的工程实用价值。

技术领域

本发明涉及电机控制领域，具体涉及一种永磁水力发电机的位置传感器故障诊断及容错控制方法。

背景技术

目前大多数小水电站一般采用同步发电机直接并网的水力发电系统，通过调节转子绕组励磁电流来调节无功功率，满足水电并网对功率因素的要求，但调节励磁电流会改变接入的电网电压，从而影响电能质量。而且同步发电机转子转速必须与电枢旋转磁场相对静止，受到电网频率的约束，无论在何种工况下水轮机均工作在固定的转速，而小水电站多为径流式水电站，工作水头范围较宽以及流量变化较大，无法稳定运行在某一工况，固定转速运行无法发挥水轮机最大效率。因此为了改善水轮机在不同工况下工作效率，提高水轮机水能捕获能力，采用变速恒频技术，即当水轮机工作条件发生变化时，通过改变运行转速，从而跟踪水轮机最大工作效率，提高水轮机输出功率，同时发电系统引入电力电子功率器件，使得水轮发电机转速与电网频率不再关联，在水轮机变转速情况下始终以50Hz频率发电上电网。

目前主流的变速水力发电系统包括基于双馈感应电机的水力发电系统和基于永磁同步发电机(PMSG)的水力发电系统。其中永磁同步水力发电系统具有高功率密度、宽调速范围等优点，且无需齿轮箱和滑环，具有优良的电网故障适应性。永磁同步发电机控制方法一般采用基于磁场定向的矢量控制，其控制灵活、稳定。变速水力发电系统中PMSG为多极发电机，高性能的矢量控制需要精确的转子位置和转速信息以实现准确的磁场定向，需采用光电编码器或旋转变压器检测转子的位置和转速，对检测装置的性能要求很高，同时机械式传感器的安装会带来系统成本增加、体积增大、运行可靠性降低、易受工作环境影响等问题，其精度和性能易受到周围恶劣运行环境的影响，容易发生故障甚至失效。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种永磁水力发电机的位置传感器故障诊断及容错控制方法，用以解决上述至少一个技术问题。

本发明是按照如下技术方案实现的：

永磁水力发电机的位置传感器故障诊断及容错控制方法，包括：

获取发电机转子位置和转速的检测值；

根据实测的电压电流值，结合预先构建的PMSG位置观测器，得到发电机转子位置和转速的观测值；

根据所述发电机转子位置和转速的观测值、发电机转子位置和转速的检测值，进行位置传感器故障诊断；

在诊断出位置传感器故障时，基于所述发电机转子位置和转速的观测值，进行容错控制。

上述技术方案采用了基于表贴式永磁同步发电机反电动势模型位置观测的故障诊断方法，由传感器的检测值与观测器的观测值得到的残差与阈值进行比较完成对驱动系统的故障诊断，且通过位置观测器得到的估计值，可以实现在传感器故障之后的容错控制，具有较大的工程实用价值。

作为进一步的技术方案，所述PMSG位置观测器的构建包括：根据永磁同步发电机数学模型得到基于锁相环控制器的转子电角度和电角速度观测模型，所述转子电角度的观测值对应转子位置的观测值，所述转子电角速度的观测值对应转速的观测值。