風(fēng)電機組機艙環(huán)境智能控制系統(tǒng)研究

劉夢婷 許傲然 于杰承

摘 要：本文針對風(fēng)機機艙發(fā)熱問題，研發(fā)一個高效多元化、能同時滿足監(jiān)控、處理風(fēng)電問題的機組機艙環(huán)境智能控制系統(tǒng)。根據(jù)機艙內(nèi)部環(huán)境控制系統(tǒng)功能需求，通過對專家自適應(yīng)PID參數(shù)整定，從而對步進電機進行運行控制，實現(xiàn)了對機艙內(nèi)部進行送風(fēng)動作與智能過濾系統(tǒng)過濾網(wǎng)的自動更替給進，對解決目前風(fēng)機機艙環(huán)境現(xiàn)存問題具有參考價值。

關(guān)鍵詞：風(fēng)機;控制系統(tǒng);參數(shù)整定

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.151

0 引言

由于大部分風(fēng)電場所處環(huán)境惡劣，導(dǎo)致風(fēng)機機艙、齒輪箱散熱片受到污染，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機齒輪箱油溫過高，風(fēng)機限功率運行甚至停機。由于維護的實效和故障的延遲判斷等因素，增加了風(fēng)電機組的不可利用小時數(shù)，給風(fēng)場造成經(jīng)濟損失[1-2]。目前國內(nèi)外主要針對機艙環(huán)境問題均沒有高效和從根本上解決機艙內(nèi)污染，齒輪箱熱交換器堵塞問題。

本文提出的控制系統(tǒng)能夠有效提高機艙的清潔度，計劃同時解決齒輪箱散熱器由于污染造成的溫度過高，導(dǎo)致風(fēng)機故障停機的問題，提高風(fēng)電場的經(jīng)濟效益。

1 風(fēng)機機艙發(fā)熱原因分析

風(fēng)機機艙具有很好的密封性[3]，機艙內(nèi)部無法及時地與外界進行熱交換，導(dǎo)致UPS電源溫度過高。工作人員為保護UPS電源，將其用密閉金屬外罩進行防護，導(dǎo)致機艙內(nèi)的溫度進一步升高，但拆除UPS金屬外罩會使UPS的工作可靠性降低。而且，安裝于機艙頂部功率改變頻率儀器柜運行中也會產(chǎn)生大量熱量，這些熱量也無法及時排出，這是造成機艙發(fā)熱的另一個重要原因。除此之外，發(fā)電機軸承和齒輪箱油溫溫度過高也會導(dǎo)致機艙發(fā)熱。大多數(shù)機艙采用的都是自動的潤滑裝置，裝置發(fā)生故障時造成軸承潤滑不充分發(fā)熱，情況嚴(yán)重時機組報警甚至停機。且由于控制流量流通路徑的溫控?fù)Q向閥故障，散熱片出現(xiàn)漏油或者滲油，散熱片設(shè)計不合理等原因會導(dǎo)致齒輪箱油溫溫度過高，最終造成風(fēng)機機艙過熱。

2 系統(tǒng)控制算法設(shè)計與整定

2.1 專家自適應(yīng)PID算法

這種算法主要是以被控對象以及相應(yīng)的控制規(guī)律作為基礎(chǔ)，然后再通過專家系統(tǒng)把所有的知識應(yīng)用進來，最終形成一個更加優(yōu)化和實用化的控制系統(tǒng)。

（1）專家自適應(yīng)PID位置型的控制算式：

（2）專家自適應(yīng)PID增量型的控制算式：

式中：稱為比例增益;稱為積分系數(shù);稱為微分系數(shù)。

相應(yīng)的示意圖和以及增量型示意圖可以參考圖1和2：

2.2 PID參數(shù)整定方法

首先要讓調(diào)節(jié)器參數(shù)的積分系數(shù)=0，然后再從小到大不斷改變比例系數(shù)的值，改變的過程中其擾動信號也會呈現(xiàn)出一種階躍的變化，觀察能夠獲得達到要求的控制過程為止。取比例系數(shù)作為當(dāng)前的值，并且讓該值乘以0.83，然后再從小到大不斷的改變積分系數(shù)的值，在改變的過程中其擾動信號也會呈現(xiàn)出相應(yīng)的階躍變化。讓保持不變，然后對比例系數(shù)進行調(diào)整，對整個控制過程進行詳細(xì)觀察，并關(guān)注其是否已經(jīng)改善。將恰當(dāng)?shù)膶嶋H微分系數(shù)以及引入到系統(tǒng)當(dāng)中，這個時候也可以適當(dāng)?shù)脑龃蠛?。然后不斷調(diào)整并觀察整個控制過程，一直到能夠獲得滿意的控制過程為止。

3 步進電機的整定動作

在所設(shè)計的溫度控制系統(tǒng)當(dāng)中，都需要在程序中設(shè)定相應(yīng)的參數(shù)，比如說機艙和塔架內(nèi)部所具有的溫度，在設(shè)置機艙環(huán)境智能控制系統(tǒng)的時候，在其中需要用到相應(yīng)的模擬量輸入，該輸入還需要與A/D轉(zhuǎn)換值進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換。通常用函數(shù)關(guān)系A(chǔ)=f（D）來進行表示：

根據(jù)該方程，可以依據(jù)D的值計算出A值。將該方程是一種典型的逆變換，由此可以得到D=f（A），用它來可以相應(yīng)的數(shù)學(xué)方程：

當(dāng)整個控制系統(tǒng)被啟動的時候，機艙所具有的內(nèi)部溫度模擬量則需要通過EM231輸入模塊來首先讀入到系統(tǒng)當(dāng)中，而對于這個模塊當(dāng)小于40℃時輸出4mA，過濾系統(tǒng)步進電機不動作，即不進行過濾網(wǎng)更替轉(zhuǎn)動動作;當(dāng)大于45℃時輸出20mA，過濾系統(tǒng)步進電機進行動作。

4 結(jié)語

本文擬采用專家自適應(yīng)PID控制算法并整定，與機艙智能控制系統(tǒng)控制原理進行結(jié)合，從而對步進電機進行運行控制，實現(xiàn)了對機艙內(nèi)部進行送風(fēng)動作與智能過濾系統(tǒng)過濾網(wǎng)的自動更替給進，以提高風(fēng)電機組的發(fā)電效率，為解決目前風(fēng)機機艙環(huán)境現(xiàn)存問題做出了貢獻。

參考文獻：

[1]劉佰瓊，徐敏，劉晴.我國海上風(fēng)電發(fā)展的主要問題及對策建議[J].海洋開發(fā)與管理，2015，32（03）：7-12.

[2]李岳峰，趙志剛.基于振動信號分析的風(fēng)機傳動系統(tǒng)故障診斷案例研究[J].沈陽工程學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2017，13（04）：296-301.

[3]方韜.英國海上風(fēng)電發(fā)展模式及借鑒意義[J].中國能源，2014，36（12）：26-30.