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风电机组机舱环境智能控制系统研究

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刘梦婷许傲然于杰承

摘要：本文针对风机机舱发热问题，研发一个高效多元化、能同时满足监控、处理风电问题的机组机舱环境智能控制系统。根据机舱内部环境控制系统功能需求，通过对专家自适应PID参数整定，从而对步进电机进行运行控制，实现了对机舱内部进行送风动作与智能过滤系统过滤网的自动更替给进，对解决目前风机机舱环境现存问题具有参考价值。

关键词：风机;控制系统;参数整定

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

0 引言

由于大部分风电场所处环境恶劣，导致风机机舱、齿轮箱散热片受到污染，导致风力发电机齿轮箱油温过高，风机限功率运行甚至停机。由于维护的实效和故障的延遲判断等因素，增加了风电机组的不可利用小时数，给风场造成经济损失[1-2]。目前国内外主要针对机舱环境问题均没有高效和从根本上解决机舱内污染，齿轮箱热交换器堵塞问题。

本文提出的控制系统能够有效提高机舱的清洁度，计划同时解决齿轮箱散热器由于污染造成的温度过高，导致风机故障停机的问题，提高风电场的经济效益。

1 风机机舱发热原因分析

风机机舱具有很好的密封性[3]，机舱内部无法及时地与外界进行热交换，导致UPS电源温度过高。工作人员为保护UPS电源，将其用密闭金属外罩进行防护，导致机舱内的温度进一步升高，但拆除UPS金属外罩会使UPS的工作可靠性降低。而且，安装于机舱顶部功率改变频率仪器柜运行中也会产生大量热量，这些热量也无法及时排出，这是造成机舱发热的另一个重要原因。除此之外，发电机轴承和齿轮箱油温温度过高也会导致机舱发热。大多数机舱采用的都是自动的润滑装置，装置发生故障时造成轴承润滑不充分发热，情况严重时机组报警甚至停机。且由于控制流量流通路径的温控换向阀故障，散热片出现漏油或者渗油，散热片设计不合理等原因会导致齿轮箱油温温度过高，最终造成风机机舱过热。

2 系统控制算法设计与整定

2.1 专家自适应PID算法

这种算法主要是以被控对象以及相应的控制规律作为基础，然后再通过专家系统把所有的知识应用进来，最终形成一个更加优化和实用化的控制系统。

（1）专家自适应PID位置型的控制算式：

（2）专家自适应PID增量型的控制算式：

式中：称为比例增益;称为积分系数;称为微分系数。

相应的示意图和以及增量型示意图可以参考图1和2：

2.2 PID参数整定方法

首先要让调节器参数的积分系数=0，然后再从小到大不断改变比例系数的值，改变的过程中其扰动信号也会呈现出一种阶跃的变化，观察能够获得达到要求的控制过程为止。取比例系数作为当前的值，并且让该值乘以0.83，然后再从小到大不断的改变积分系数的值，在改变的过程中其扰动信号也会呈现出相应的阶跃变化。让保持不变，然后对比例系数进行调整，对整个控制过程进行详细观察，并关注其是否已经改善。将恰当的实际微分系数以及引入到系统当中，这个时候也可以适当的增大和。然后不断调整并观察整个控制过程，一直到能够获得满意的控制过程为止。

3 步进电机的整定动作

在所设计的温度控制系统当中，都需要在程序中设定相应的参数，比如说机舱和塔架内部所具有的温度，在设置机舱环境智能控制系统的时候，在其中需要用到相应的模拟量输入，该输入还需要与A/D转换值进行相应的转换。通常用函数关系A=f（D）来进行表示：

根据该方程，可以依据D的值计算出A值。将该方程是一种典型的逆变换，由此可以得到D=f（A），用它来可以相应的数学方程：

当整个控制系统被启动的时候，机舱所具有的内部温度模拟量则需要通过EM231输入模块来首先读入到系统当中，而对于这个模块当小于40℃时输出4mA，过滤系统步进电机不动作，即不进行过滤网更替转动动作;当大于45℃时输出20mA，过滤系统步进电机进行动作。

4 结语

本文拟采用专家自适应PID控制算法并整定，与机舱智能控制系统控制原理进行结合，从而对步进电机进行运行控制，实现了对机舱内部进行送风动作与智能过滤系统过滤网的自动更替给进，以提高风电机组的发电效率，为解决目前风机机舱环境现存问题做出了贡献。

参考文献：

[1]刘佰琼，徐敏，刘晴.我国海上风电发展的主要问题及对策建议[J].海洋开发与管理，2015，32（03）：7-12.

[2]李岳峰，赵志刚.基于振动信号分析的风机传动系统故障诊断案例研究[J].沈阳工程学院学报（自然科学版），2017，13（04）：296-301.

[3]方韬.英国海上风电发展模式及借鉴意义[J].中国能源，2014，36（12）：26-30.

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