风能系统中的高级故障识别：基于模型的方法

《ARABIAN JOURNAL FOR SCIENCE AND ENGINEERING》：Advanced Fault Identification in Wind Energy Systems: A Model-Based Approach

风力涡轮机因复杂性和远程部署导致效率与可靠性受限，现有研究多聚焦故障检测与控制策略，但容错控制系统研究不足。本文构建基于模型的故障检测框架，通过MATLAB/Simulink仿真平台模拟传感器和执行器故障，揭示实际检测中易被忽视的小增益变化及执行器动态挑战，提出融合经验建模与诊断算法的解决方案，提升系统应对现实不确定性的能力，并形成可验证的仿真平台和故障数据库。

　　

摘要

近年来，风能系统取得了显著进展。然而，由于风力涡轮机的复杂性不断增加，以及它们被部署在偏远地区（尤其是海上），其效率和可靠性仍然有限。尽管许多研究致力于开发故障检测和控制策略，但针对风力涡轮机的容错控制系统仍较少被探索。本文提出了一个基于模型的框架，用于检测、定位和隔离5兆瓦风力涡轮机中的故障。在MATLAB/Simulink环境中开发了一个详细的仿真模型，涵盖了影响各种子系统（包括传感器和执行器）的多种故障场景。研究结果揭示了实际检测中面临的挑战，例如对小增益变化的敏感性和执行器动态的影响，这些在理想化模型中常常被忽略。我们提出的方法结合了经验建模和诊断算法，以更好地反映现实世界的多样性和系统不确定性。该研究提供了一个经过验证的仿真平台和故障数据库，可以为未来大规模风力涡轮机的鲁棒和可扩展故障检测（FDI）技术研究提供支持。