海上雙饋電機(jī)開路故障容錯(cuò)性能評(píng)估*

馮煜堯, 張開華, 諸浩君, 王 健, 魏書榮, 符 楊

(1. 國(guó)家電網(wǎng)上海市電力公司電力科學(xué)研究院,上海 200437;2. 上海綠色環(huán)保能源有限公司,上海 200433;3. 上海電力學(xué)院 電氣工程學(xué)院,上海 200090)

海上雙饋電機(jī)開路故障容錯(cuò)性能評(píng)估*

馮煜堯1, 張開華2, 諸浩君2, 王 健3, 魏書榮3, 符 楊3

(1. 國(guó)家電網(wǎng)上海市電力公司電力科學(xué)研究院,上海 200437;2. 上海綠色環(huán)保能源有限公司,上海 200433;3. 上海電力學(xué)院 電氣工程學(xué)院,上海 200090)

海上風(fēng)電機(jī)組面臨故障率高、停運(yùn)損失大等問題，迫切需要及早發(fā)現(xiàn)運(yùn)行故障、及時(shí)提供容錯(cuò)機(jī)制。構(gòu)建基于西蒙決策理論的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)開路故障容錯(cuò)設(shè)計(jì)方案，選取電能質(zhì)量和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可靠性作為典型評(píng)估指標(biāo)。結(jié)合雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)側(cè)變流器單相開路故障容錯(cuò)案例，給出量化的容錯(cuò)性能指標(biāo)。結(jié)果表明及時(shí)有效的故障容錯(cuò)機(jī)制能夠提高海上風(fēng)電場(chǎng)的可用率，避免故障惡化，降低故障帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。

海上風(fēng)電；雙饋電機(jī)；開路故障；容錯(cuò)評(píng)估

0 引 言

風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)成為新能源應(yīng)用的主要方式，其規(guī)模化發(fā)展已經(jīng)成為我國(guó)當(dāng)前風(fēng)電發(fā)展的重要任務(wù)[1-2]。海上風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由于受到海洋環(huán)境的影響，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組極易發(fā)生故障，相比陸上風(fēng)電場(chǎng)，海上風(fēng)機(jī)故障率更高，維護(hù)成本大大增加[3-4]；而且，海上風(fēng)電場(chǎng)的可進(jìn)入性差，一旦發(fā)生故障，受天氣等因素影響，無(wú)法對(duì)其及時(shí)維修，風(fēng)機(jī)容量大，風(fēng)速穩(wěn)定，風(fēng)機(jī)停運(yùn)造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大[5]。在故障產(chǎn)生時(shí)，需要一種新型的控制方法來(lái)滿足系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。容錯(cuò)控制為提高復(fù)雜控制系統(tǒng)的可靠性和安全性開辟了一條新的道路。為了降低海上風(fēng)電場(chǎng)的維護(hù)成本，以及提高風(fēng)機(jī)的平均可用率，近年來(lái)對(duì)于海上風(fēng)力發(fā)電的故障容錯(cuò)研究開始引起關(guān)注[6-8]。但是目前的海上風(fēng)電容錯(cuò)技術(shù)僅是針對(duì)某個(gè)或某類問題的簡(jiǎn)單技術(shù)性容錯(cuò)，鮮有系統(tǒng)的容錯(cuò)方案設(shè)計(jì)過(guò)程和量化的系統(tǒng)的容錯(cuò)評(píng)估指標(biāo)。

本文提出了關(guān)于海上風(fēng)力發(fā)電開路故障容錯(cuò)方案的設(shè)計(jì)過(guò)程，包括方案的擬定、優(yōu)化、驗(yàn)證以及方案系統(tǒng)性評(píng)估指標(biāo)等。最終結(jié)合案例雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)側(cè)變流器開路故障容錯(cuò)控制來(lái)分析方案設(shè)計(jì)的合理性和評(píng)估指標(biāo)的適用性。

1 基于西蒙決策理論的雙饋風(fēng)電機(jī)組開路故障容錯(cuò)方案

西蒙決策理論[9]是從認(rèn)知科學(xué)的角度把決策程序劃分為信息活動(dòng)、設(shè)計(jì)活動(dòng)、選擇活動(dòng)、審查活動(dòng)4個(gè)階段。西蒙四步走的決策過(guò)程劃分，是一種多層次的循環(huán)，整個(gè)程序的總體邏輯始終是明確的，即提出問題→給出解決問題的方案→選擇備選方案中的優(yōu)選方案→對(duì)選定方案進(jìn)行可能的修正。正是這一點(diǎn)使這一程序同決策科學(xué)化高度關(guān)聯(lián)。西蒙四步走的決策過(guò)程應(yīng)用在容錯(cuò)運(yùn)行研究中的具體實(shí)現(xiàn)流程如圖1所示。

首先確定雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的容錯(cuò)目標(biāo);然后分析評(píng)估容錯(cuò)的可行性，并擬定容錯(cuò)方案，分析方案的優(yōu)缺點(diǎn)，并針對(duì)不同故障擇優(yōu)選擇容錯(cuò)方案;最后對(duì)方案進(jìn)行驗(yàn)證反饋，對(duì)存在的問題進(jìn)行修正改進(jìn)，以達(dá)到容錯(cuò)目標(biāo)。

1.1制定容錯(cuò)目標(biāo)

先在不同的運(yùn)行環(huán)境下分析不同類型的故障容錯(cuò)運(yùn)行的可行性，并確定目標(biāo)層次。容錯(cuò)運(yùn)行主要目標(biāo)是故障容錯(cuò)后在可接受的性能指標(biāo)變化

圖1 容錯(cuò)決策流程

下，繼續(xù)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。第二位目標(biāo)是盡可能實(shí)現(xiàn)功率的最大輸出。因此具體的容錯(cuò)目標(biāo)為：當(dāng)檢測(cè)到雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障后，在故障保護(hù)動(dòng)作時(shí)間內(nèi)，將發(fā)生故障的部件從系統(tǒng)中隔離開，并采取合理有效的容錯(cuò)方案維持其規(guī)定功能，或在可接受的性能指標(biāo)變化下，繼續(xù)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

1.2擇優(yōu)選取容錯(cuò)方案

本文針對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單相開路故障，引入了一種具有容錯(cuò)能力的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖2所示。本文在圖2的電路拓?fù)浠A(chǔ)上側(cè)重研究雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輕微故障及其容錯(cuò)方案[6]。

根據(jù)實(shí)際運(yùn)行環(huán)境和客觀條件，擇優(yōu)選擇硬件容錯(cuò)重組方案以及軟件優(yōu)化算法。

雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組故障會(huì)給風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來(lái)極大危害。現(xiàn)有研究主要針對(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)變流器IGBT故障，通過(guò)增加冗余橋臂來(lái)實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)運(yùn)行;而增加一組IGBT橋臂既增加機(jī)艙空間又增加成本投入。在實(shí)際應(yīng)用中，針對(duì)變流器的單相故障，選擇方案1，即直流環(huán)節(jié)串聯(lián)兩個(gè)相等的電容，發(fā)電機(jī)的繞組通過(guò)3 個(gè)雙向晶閘管(TRIAC)與串聯(lián)電容的中點(diǎn)相連。本方案可用于機(jī)側(cè)變流器的故障容錯(cuò)研究，在硬件結(jié)構(gòu)和軟件優(yōu)化算法上相比其他方案都更易實(shí)現(xiàn)。因此，本文重點(diǎn)評(píng)估非冗余備份式雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開路故障的容錯(cuò)性能。

圖2 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組硬件容錯(cuò)拓?fù)?/p>

2 容錯(cuò)性能評(píng)估指標(biāo)

在評(píng)估容錯(cuò)方案之前首先需要有不同的準(zhǔn)則對(duì)容錯(cuò)決策進(jìn)行約束，以實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)方案的最優(yōu)化。因此,容錯(cuò)評(píng)估指標(biāo)的選取至關(guān)重要。本文選取容錯(cuò)后的電能質(zhì)量和可靠性評(píng)估海上雙饋電機(jī)的容錯(cuò)性能。

2.1電能質(zhì)量

風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)發(fā)電過(guò)程中，在與系統(tǒng)的公共連接點(diǎn)處，容易發(fā)生如下4類常見的電能質(zhì)量污染[10]：電壓偏差、電壓波動(dòng)、諧波、三相電壓不平衡。

(1) 電壓偏差。由電力系統(tǒng)的知識(shí)可知，系統(tǒng)無(wú)功功率的不平衡是引起系統(tǒng)電壓偏離標(biāo)稱值的根本原因。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

式中:δU——電壓偏差；

Ure——電壓測(cè)量值；

UN——系統(tǒng)標(biāo)稱電壓。

風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行狀況不同，會(huì)對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)的電壓偏差程度產(chǎn)生直接影響。

(2) 電壓波動(dòng)和閃變。本文主要考慮單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組輸出功率的變化對(duì)電壓波動(dòng)和閃變的影響。電壓波動(dòng)常用相對(duì)電壓變動(dòng)量來(lái)描述，電壓波動(dòng)取值為一系列電壓方均根值變化中的相鄰兩個(gè)極值之差與系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的相對(duì)百分?jǐn)?shù)，即：

(3) 諧波。對(duì)于海上風(fēng)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生諧波，其中對(duì)于發(fā)電機(jī)本身而言，其產(chǎn)生的諧波是可以忽略的。需要考慮的是雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的諧波注入問題以及風(fēng)電機(jī)組輸出諧波變化情況。

因諧波引起的偏離正弦波的畸變波形程度，以總諧波畸變率THD表示：

式中:h——諧波次數(shù)；

U1——基波電壓；

I1——基波電流。

(4) 三相不平衡度。系統(tǒng)不平衡分兩大類：事故性不平衡和正常性不平衡。由于三相系統(tǒng)中的一相(或兩相)發(fā)生故障所導(dǎo)致的不平衡稱為事故性不平衡，這種不平衡是電力系統(tǒng)所不允許的運(yùn)行狀態(tài)。正常性不平衡是由于系統(tǒng)三相元器件或負(fù)荷不對(duì)稱導(dǎo)致的，因此可以作為衡量故障容錯(cuò)運(yùn)行的一項(xiàng)指標(biāo)。

系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，電量的負(fù)序分量方均根值與正序分量方均根值之比定義為該電量的三相不平衡度，用ε表示，即：

式中:U1——電壓正序分量方均根值；

U2——電壓負(fù)序分量方均根值；

I1——電流正序分量方均根值；

I2——電流負(fù)序分量方均根值。

2.2可靠性

可靠性指標(biāo)從定義上講是一個(gè)統(tǒng)計(jì)值，從本質(zhì)上說(shuō)，可靠性指標(biāo)不是一個(gè)可以通過(guò)數(shù)學(xué)方法精確計(jì)算的數(shù)值，并且機(jī)組故障、維護(hù)管理等都是隨機(jī)的。海上風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備一旦故障，受到海上風(fēng)浪的影響，工作人員有時(shí)不可立即赴現(xiàn)場(chǎng)勘察維修。這使得海上風(fēng)電場(chǎng)故障停運(yùn)時(shí)間大大增長(zhǎng)，系統(tǒng)可靠性降低。考慮到風(fēng)能特性和電氣設(shè)備故障的影響，擬選取以下可靠性指標(biāo)評(píng)估容錯(cuò)性能。

(1) 海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組全年可利用率A。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可靠性量化指標(biāo)以機(jī)組運(yùn)行可利用率來(lái)度量[11]。電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T793—2001《發(fā)電設(shè)備可靠性評(píng)價(jià)規(guī)程》給出了機(jī)組可用率的定義如下：

通常在工程應(yīng)用中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的可用率可定義為在評(píng)估期間內(nèi)，風(fēng)電機(jī)組處于能夠運(yùn)行(發(fā)電、起動(dòng)、停車)或能夠發(fā)電的待機(jī)狀態(tài)的時(shí)間與這一期間內(nèi)總時(shí)間的比值。通常風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的年可用率用百分比表示為

式中: 8 760——全年小時(shí)數(shù)；

Tf——故障停機(jī)小時(shí)數(shù)。

(2) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組年發(fā)電量(kW·h)。假設(shè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的年發(fā)電量只與故障停運(yùn)率有關(guān)，而忽略風(fēng)能對(duì)發(fā)電機(jī)組輸出功率的影響，則單臺(tái)機(jī)組的年發(fā)電量為

式中:PG——發(fā)電機(jī)組的額定輸出功率。

(3) 期望電能損失(kW·h)

(4) 風(fēng)電場(chǎng)年發(fā)電量(kW·h)。若僅考慮風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的故障，則整個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)的出力為

式中:n——風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)機(jī)數(shù)；

Ai——第i臺(tái)風(fēng)機(jī)的可用率。

則海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組年平均功率為

3 案例分析

采用雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)側(cè)變流器開路故障作為容錯(cuò)案例分析。

機(jī)側(cè)變流器開路故障為海上雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的常見電氣故障，已有文章[6,12]分析研究，在技術(shù)上具有可行性。本文采取根據(jù)故障特點(diǎn)選取擬定的方案1，其試驗(yàn)系統(tǒng)總體如圖3所示。

圖3 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障容錯(cuò)系統(tǒng)試驗(yàn)裝置

根據(jù)西蒙決策理論制定最終容錯(cuò)目標(biāo)：在檢測(cè)到雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障后，在故障保護(hù)動(dòng)作時(shí)間內(nèi)，及時(shí)將發(fā)生故障的部件從系統(tǒng)中隔離開，并同時(shí)采取合理有效的容錯(cuò)方案維持其穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

先從單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組入手，對(duì)故障容錯(cuò)狀態(tài)的電能質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，再考慮整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)在有、無(wú)容錯(cuò)機(jī)制情況下的電能輸出。本文主要對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障容錯(cuò)后一些主要的電氣參數(shù)的波形進(jìn)行了分析，使在故障容錯(cuò)后的畸變電流得到補(bǔ)償。以風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出電壓和電流為研究對(duì)象，采用可行的電能質(zhì)量指標(biāo)對(duì)輸出電壓進(jìn)行評(píng)估，采用可靠性指標(biāo)對(duì)容錯(cuò)運(yùn)行機(jī)組進(jìn)行評(píng)估。

3.1容錯(cuò)后電能質(zhì)量指標(biāo)計(jì)算分析

設(shè)定風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在 2 s開始進(jìn)入故障容錯(cuò)狀態(tài)，本文分別采集了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出電壓和電流波形以及其正序負(fù)序分量進(jìn)行了分析，如圖4所示。

圖4中2 s開始容錯(cuò)運(yùn)行，風(fēng)機(jī)輸出電壓和電流的正序分量和負(fù)序分量基本與正常運(yùn)行時(shí)的值一致，只有在切換容錯(cuò)運(yùn)行的時(shí)刻，系統(tǒng)需要一定的響應(yīng)時(shí)間，電流的負(fù)序分量出現(xiàn)了一個(gè)峰值，其數(shù)值的大小對(duì)整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行的影響可以忽略。

圖4(a)中可得容錯(cuò)前后電壓幅值未出現(xiàn)明顯變動(dòng)，不存在電壓偏差和閃變。根據(jù)三相不平衡度的計(jì)算公式，本節(jié)分別計(jì)算求得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出電壓和電流的正、負(fù)序分量方均根值，并根據(jù)式(5)計(jì)算三相不平衡度，計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容錯(cuò)運(yùn)行狀態(tài)下的三相不平衡度

從表1的計(jì)算結(jié)果可以看出，故障容錯(cuò)運(yùn)行中電壓和電流的不平衡度在可接受的指標(biāo)范圍內(nèi)。

由于電力電子元器件的存在，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出存在諧波分量，本文在開路故障后對(duì)原有的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了微小的改動(dòng)，在這種容錯(cuò)運(yùn)行方式下，諧波含量可以作為一種評(píng)估指標(biāo)。分別對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出電壓和電流進(jìn)行了傅里葉分析，正常運(yùn)行時(shí)電壓諧波畸變率約為0.18%，電流諧波畸變率約為0.85%，容錯(cuò)運(yùn)行后電壓諧波畸變率約為0.38%，電流諧波畸變率約為11.98%。圖5和圖6分別為正常運(yùn)行狀態(tài)和容錯(cuò)運(yùn)行狀態(tài)下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出電壓和電流的各次諧波所占基波的百分比。

圖4 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容錯(cuò)運(yùn)行前后輸出電壓、電流及其正序負(fù)序分量波形

圖5 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容錯(cuò)運(yùn)行前后輸出電壓諧波

圖6 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容錯(cuò)運(yùn)行前后輸出電流諧波

從圖5可得，正常和容錯(cuò)運(yùn)行狀態(tài)下的電壓諧波變化規(guī)律相似，輸出電壓低次諧波所占的百分比有所降低，高次諧波所占的百分比有所升高，總諧波畸變率較大。圖6中，正常運(yùn)行下，電流含有較高的低次諧波。由于變流器結(jié)構(gòu)的改變，諧波含量和各次諧波所占比重在容錯(cuò)運(yùn)行下可能會(huì)與正常運(yùn)行下有所不同，但總的波形畸變率遠(yuǎn)小于最大允許值，對(duì)系統(tǒng)的影響較小。

3.2容錯(cuò)能力分析

假設(shè)全年內(nèi)僅發(fā)生機(jī)側(cè)變流器單相開路故障，且故障前后風(fēng)速不變，正常全年發(fā)電時(shí)間為8 760 h，單臺(tái)機(jī)組的額定輸出功率為P，設(shè)因故障停機(jī)時(shí)間為T(其中90%T是因天氣等因素導(dǎo)致的等待時(shí)間，7%T是備件時(shí)間，僅3%T為部件維修時(shí)間)，計(jì)劃維修導(dǎo)致的停機(jī)時(shí)間為Tm，則無(wú)故障容錯(cuò)運(yùn)行下機(jī)組的年可用率為

單臺(tái)機(jī)組全年發(fā)電量(kW·h)為

期望電能損失(kW·h)為

根據(jù)式(9)可計(jì)算整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的年發(fā)電量(kW·h)為

式中:Pi——第i臺(tái)風(fēng)機(jī)的額定輸出功率。

根據(jù)式(10)，海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組年平均功率為

若故障發(fā)生后及時(shí)進(jìn)行故障隔離和容錯(cuò)運(yùn)行，則帶有故障容錯(cuò)運(yùn)行機(jī)制的風(fēng)電組年可用率為

單臺(tái)機(jī)組全年發(fā)電量(kW·h)為

期望電能損失(kW·h)為

根據(jù)式(9)可計(jì)算整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的年發(fā)電量(kW·h)為

根據(jù)式(10)可計(jì)算海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組年平均功率為

設(shè)某海上風(fēng)電場(chǎng)每臺(tái)機(jī)組的額定輸出功率為1.5 MW，共有N臺(tái)機(jī)組。風(fēng)電機(jī)組中變流器在某一時(shí)刻發(fā)生開路故障，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)停運(yùn)，需要立即對(duì)其進(jìn)行維修，忽略其他因素導(dǎo)致的停機(jī)時(shí)間。假設(shè)風(fēng)電機(jī)組無(wú)故障狀態(tài)下，該風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)的平均修復(fù)時(shí)間為490 h，則平均備件時(shí)間為35.28 h，因?yàn)樘鞖庖蛩責(zé)o法出海維修的等待時(shí)間為441 h，維修故障部件所需的時(shí)間為1.47 h。若故障發(fā)生后及時(shí)進(jìn)行故障隔離和容錯(cuò)運(yùn)行，則在出海維修部件前，系統(tǒng)都能持續(xù)可靠運(yùn)行。有、無(wú)容錯(cuò)機(jī)制下所生成的風(fēng)機(jī)的隨機(jī)故障時(shí)序圖如圖7所示。

圖7 海上雙饋風(fēng)機(jī)時(shí)序圖

圖7中，風(fēng)機(jī)狀態(tài)為兩種，狀態(tài)1為正常工作，狀態(tài)0為故障。具有容錯(cuò)機(jī)制的風(fēng)電機(jī)組的全年故障停機(jī)時(shí)間大大減少。

若該海上風(fēng)電場(chǎng)中，風(fēng)電機(jī)組中變流器在某一時(shí)刻發(fā)生開路故障后，能及時(shí)進(jìn)行容錯(cuò)運(yùn)行，直至下次人為計(jì)劃維修，可提高風(fēng)電機(jī)組的利用率。該海上風(fēng)電場(chǎng)的有無(wú)容錯(cuò)方案的可靠性計(jì)算和電能質(zhì)量評(píng)估指標(biāo)計(jì)算如表2所示。

表2 海上風(fēng)力發(fā)電故障容錯(cuò)性能評(píng)估結(jié)果

從表2可以明顯看出，有容錯(cuò)機(jī)制單臺(tái)機(jī)組的可用率有所提高，期望電能損失降低了1 500×TkW·h，風(fēng)電場(chǎng)的年發(fā)電量提高了1 500×T×NkW·h。由上述分析可知，有容錯(cuò)機(jī)制的海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可明顯提高機(jī)組的可用率，減少故障停機(jī)損失。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文結(jié)合西蒙決策理論對(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的容錯(cuò)決策設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行了探究，制定了一般容錯(cuò)方案的容錯(cuò)設(shè)計(jì)流程，并選取了電能質(zhì)量和可靠性作為容錯(cuò)評(píng)估指標(biāo)，以雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)側(cè)變流器開路故障容錯(cuò)控制作為分析案例，驗(yàn)證了決策過(guò)程和評(píng)估指標(biāo)的合理性，為海上風(fēng)力發(fā)電的容錯(cuò)決策和評(píng)估體系提供了量化的數(shù)據(jù)支撐。

[1] 遲永寧,梁偉,張占奎,等.大規(guī)模海上風(fēng)電輸電與并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究綜述[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2016,36(14): 3758-3770.

[2] 劉振亞,張啟平,董存,等.通過(guò)特高壓直流實(shí)現(xiàn)大型能源基地風(fēng)、光、火電力大規(guī)模高效率安全外送研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2014,34(16): 2513-2522.

[3] KAIDIS C, UZUNOGLU B, AMOIRALIS F. Wind turbine reliability estimation for different assemblies and failure severity categories[J].IET Renewable Power Generation,2015,9(8): 892-899.

[4] 魏書榮,張路,符楊,等.基于擬序阻抗的海上雙饋電機(jī)定子繞組匝間短路早期故障辨識(shí)[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2017,37(1): 273-281.

[5] CHEN B, MATTHEWS P C, TAVNER P J. Automated on-line fault prognosis for wind turbine pitch systems using supervisory control and data acquisition[J]. IET Renewable Power Generation,2015,9(5): 503-513.

[6] 魏書榮,何之倬,黃蘇融,等.海上雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開路故障容錯(cuò)重構(gòu)技術(shù)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2016,40(16): 83-89.

[7] 魏書榮,何之倬,符楊,等.海上風(fēng)電機(jī)組故障容錯(cuò)運(yùn)行研究現(xiàn)狀分析[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2016,44(9): 145-154.

[8] SAE-KOK W, GRANT D M, WILLIAMS B W.System reconfiguration under open-switch faults in a doubly fed induction machine[J].IET Renewable Power Generation,2010,4(5): 458-470.

[9] 劉麗麗,閆永新.西蒙決策理論研究綜述[J].商業(yè)時(shí)代,2013(17): 116-117.

[10] 肖湘寧,韓民曉,徐永海,等.電能質(zhì)量分析與控制[M].北京:中國(guó)電力出版社,2004.

[11] BUSSEL G J W V, ZAAIJER M B. Reliability, Availability and Maintenance aspects of large-scale offshore wind farms[C]∥ Marine Renewable Energies Conference,2001: 119-126.

[12] IM W S, KIM J M, LEE D C, et al. Diagnosis and fault-tolerant control of three-phase AC-DC PWM converter systems[J].IEEE Transactions on Industry Applications,2011,49(4): 1539-1547.

ThePerformanceEvaluationofOpen-CircuitFaultToleranceOffshoreWindDFIGs*

FENGYuyao1,ZHANGKaihua2,ZHUHaojun2,WANGJian3,WEIShurong3,FUYang3

(1. State Grid Electric Power Research Institute, SMEPC, Shanghai 200437, China;2. Shanghai Green Environmental Protection Energy Co., Ltd., Shanghai 200433, China;3. College of Electrical Engineering, Shanghai University of Electric Power, Shanghai 200090, China)

Faced with high failure rate and large outage losses, offshore wind farms needed to find operation faults and provided fault-tolerant mechanism as soon as possible doubly-fed wind generators (DFIGs) open-circuit fault-tolerant projects were built based on simon decision theory, which took power quality and wind turbine reliability as typical evaluation standards. The tolerant effect was evaluated combining the example that was doubly-fed wind generators rotor side converter single phase open circuit fault. The results showed that timely and effective fault-tolerant mechanism could raise availability, avoid fault deterioration and reduce economic losses caused by faults in offshore wind farms.

offshorewindpower;doubly-fedwindgenerator;open-circuitfault;toleranceevaluation

上海市綠色能源并網(wǎng)工程技術(shù)研究中心基金項(xiàng)目(13DZ2251900);上海市科委科技創(chuàng)新項(xiàng)目(14DZ1200905);“電氣工程”上海市II類高原學(xué)科;上海市電站自動(dòng)化技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金項(xiàng)目

馮煜堯(1983—)，男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)運(yùn)行與控制研究。張開華(1963—)，男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)楹Ｉ巷L(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃、建設(shè)與運(yùn)行等。

TM 307+.1

A

1673-6540(2017)11- 0111- 07

2017 -03 -13