风能是全球最成熟、具有大规模开发应用条件和商业化发展前景的可再生能源之一,大力发展风能发电技术有助于推进能源结构改革。但风力发电机组结构复杂,通常运行在恶劣环境中,故障频发甚至停机,带来巨大的经济损失。在实际风力发电机组系统中,引入故障诊断技术和容错控制可以在保证功率转换效率的同时,减少设备事故率,降低维修费用,成为保障现代风电机组可靠运行不可或缺的解决方案,具有较好的理论研究和工程应用价值。论文深入分析了风力发电机组的故障诊断和容错控制国内外研究现状,详细介绍了风力发电机组系统基准模型,包括风速模型、桨距系统、气动系统、传动系统等独立并且相互关联的子系统,为后续研究奠定理论基础。考虑风力发电机组易受外界不确定因素、噪声和未知输入影响,针对风力发电机组传动系统多传感器故障问题,确定传动系统发生单一或多传感器故障的故障模型。基于未知输入观测器理论分别设计单传感器故障的观测器组和多传感器故障的观测器组,削弱外界未知因素对故障残差的影响。通过对比未知输入观测器组生成的残差结果,实现对风力发电机组传动系统单一或多传感器故障的诊断。考虑实际风力发电机组传动系统中未知输入难以完全解耦的问题,利用未知输入观测器的等式条件将未知输入分解为可解耦部分与不可解耦部分,并消除可解耦部分对估计误差的影响。通过H_-/H_∞性能指标增强残差对故障信号的敏感性和对不可解耦干扰的鲁棒性,设计H_-/H_∞未知输入观测器。根据随机理论设定合适的残差阈值,完成对风力发电机组传动系统传感器加性故障和乘性故障的有效诊断,为容错控制提供故障诊断手段。针对无故障情况下风力发电机组的不同工作点(即不同风速下),利用模型预测控制原理分别设计对应的容错控制器。引入切换控制思想,解决多个控制器之间切换时产生的瞬态响应问题。在未知输入观测器故障诊断的基础上,模型预测容错控制器通过补偿传感器输出使其与无故障输出保持一致,减小故障对系统的影响,及时有效地对传动系统传感器故障进行容错控制。基于Matlab的Simulink仿真平台,对提出的故障诊断和容错控制策略进行仿真分析。仿真结果表明,所提出的控制策略在系统发生故障时能及时进行故障诊断和容错控制,系统输出功率能与无故障系统保持一致,具有一定的实际应用意义。