付國富

【摘 ?要】現(xiàn)階段，隨著社會的發(fā)展，我國的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也有了很大的進(jìn)步。由于大部分風(fēng)電場所處環(huán)境惡劣，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)機(jī)艙、齒輪箱散熱片受到污染，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱油溫過高，風(fēng)機(jī)限功率運(yùn)行甚至停機(jī)。由于維護(hù)的實(shí)效和故障的延遲判斷等因素，增加了風(fēng)電機(jī)組的不可利用小時數(shù)，給風(fēng)場造成經(jīng)濟(jì)損失。目前國內(nèi)外主要針對機(jī)艙環(huán)境問題均沒有高效和從根本上解決機(jī)艙內(nèi)污染，齒輪箱熱交換器堵塞問題。根據(jù)機(jī)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，實(shí)現(xiàn)了對機(jī)艙內(nèi)部進(jìn)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(jìn)，對解決目前風(fēng)機(jī)機(jī)艙環(huán)境現(xiàn)存問題具有參考價值。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)電機(jī)組;機(jī)艙環(huán)境;智能控制系統(tǒng)研究

引言

大部分風(fēng)電場所處環(huán)境惡劣，大風(fēng)揚(yáng)沙、霧霾嚴(yán)重，春天楊絮、柳絮漫天，夏季高溫等多種因素影響，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)機(jī)艙、齒輪箱散熱片受到污染，灰塵堵塞冷卻系統(tǒng)進(jìn)氣口，造成齒輪箱熱交換器性能下降，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱油溫過高，風(fēng)機(jī)限功率運(yùn)行甚至停機(jī)。為風(fēng)力發(fā)電設(shè)備研發(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(jī)組機(jī)艙環(huán)境智能控制系統(tǒng)的是很有必要的。風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙環(huán)境智能控制系統(tǒng)能夠有效提高機(jī)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(jī)故障停機(jī)的問題，并且實(shí)時監(jiān)視風(fēng)機(jī)機(jī)艙溫度等運(yùn)行參數(shù)變化情況，通過對機(jī)艙內(nèi)部系統(tǒng)的智能自動調(diào)節(jié)，可以改善風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率低，發(fā)電量小的缺點(diǎn)，提高風(fēng)電場的經(jīng)濟(jì)效益。

1系統(tǒng)設(shè)計及原理

本系統(tǒng)方案設(shè)計旨在實(shí)現(xiàn)改善機(jī)艙環(huán)境，減輕風(fēng)場運(yùn)維強(qiáng)度，減少風(fēng)機(jī)齒輪箱油溫過高故障率，提高風(fēng)場的經(jīng)濟(jì)效益。風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙環(huán)境智能控制系統(tǒng)的方案設(shè)計，包括以下四部分。（1）機(jī)艙智能通風(fēng)系統(tǒng)，根據(jù)流體力學(xué)、空氣動力學(xué)、傳熱學(xué)理論、機(jī)械原理、研究機(jī)艙溫度變化規(guī)律，通過對不同種類型風(fēng)機(jī)的對比，選擇出適用于風(fēng)機(jī)機(jī)艙內(nèi)部散熱條件的類型，整體設(shè)計機(jī)艙環(huán)境通風(fēng)控制系統(tǒng)，提高機(jī)艙所具有的清潔度，從而也可以大大的降低其整體溫度。（2）更加先進(jìn)的智能過濾系統(tǒng)，然后選擇比較有效的過濾材料對阻力進(jìn)行過濾，同時也具有較高的過濾效率以及容塵量等，對這些不同的指標(biāo)進(jìn)行研究，選擇出先進(jìn)的防塵材料和精準(zhǔn)控制算法對齒輪箱熱交換器進(jìn)行智能防塵控制處理，有效阻隔灰塵、柳絮、沙粒。（3）控制算法的建模，通過對多種控制算法的比較及結(jié)合，對機(jī)艙環(huán)境智能控制系統(tǒng)的控制算法進(jìn)行確立，通過先進(jìn)的傳感技術(shù)對機(jī)艙設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，控制算法通過對數(shù)據(jù)的計算與處理，實(shí)現(xiàn)對機(jī)艙環(huán)境通風(fēng)系統(tǒng)和過濾系統(tǒng)進(jìn)行智能控制。（4）開發(fā)機(jī)艙故障專家診斷系統(tǒng)，利用模糊邏輯原理在主控室建立風(fēng)機(jī)專家故障診斷系統(tǒng)，初步判斷機(jī)艙內(nèi)部的故障點(diǎn)及故障原因，提供風(fēng)機(jī)機(jī)艙故障診斷方案，為現(xiàn)場工作人員提供維護(hù)依據(jù)和解決方案。

2風(fēng)機(jī)機(jī)艙發(fā)熱原因分析

風(fēng)機(jī)機(jī)艙具有很好的密封性，機(jī)艙內(nèi)部無法及時地與外界進(jìn)行熱交換，導(dǎo)致UPS電源溫度過高。工作人員為保護(hù)UPS電源，將其用密閉金屬外罩進(jìn)行防護(hù)，導(dǎo)致機(jī)艙內(nèi)的溫度進(jìn)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(jī)艙頂部功率改變頻率儀器柜運(yùn)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(jī)艙發(fā)熱的另一個重要原因。除此之外，發(fā)電機(jī)軸承和齒輪箱油溫溫度過高也會導(dǎo)致機(jī)艙發(fā)熱。大多數(shù)機(jī)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(jī)組報警甚至停機(jī)。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(jī)機(jī)艙過熱。

3自適應(yīng)PID算法的應(yīng)用

機(jī)艙智能控制系統(tǒng)主要是對控制系統(tǒng)當(dāng)中所采用的相應(yīng)控制算法做研究，通過其控制算法的確立實(shí)現(xiàn)根據(jù)機(jī)艙內(nèi)部溫度來控制系統(tǒng)進(jìn)行智能運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)自動送風(fēng)，自動更替過濾網(wǎng)等動作?？刂葡到y(tǒng)包括很多不同的組件，例如傳感器、控制器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸入輸出接口等?？刂破髦械膶?yīng)輸出都必須要通過對應(yīng)的輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，然后才能夠被加到對應(yīng)的被控系統(tǒng)當(dāng)中;對于控制系統(tǒng)中的被控量來說，首先它需要通過傳感器和變送器，然后再通過輸入接口直接被輸送到控制器當(dāng)中。通常情況下，不同控制系統(tǒng)、傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等各種器件也會表現(xiàn)出一定的區(qū)別。比如說對于壓力控制系統(tǒng)來說就需要通過壓力傳感器。而對于電加熱控制系統(tǒng)來說，則需要采用的是溫度傳感器。本文采用的是專家自適應(yīng)PID算法，也就是說首先需要通過調(diào)制技術(shù)對整個電機(jī)的轉(zhuǎn)動進(jìn)行自動控制。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(jìn)來，最終形成一個更加優(yōu)化和實(shí)用化的控制系統(tǒng)。本次所設(shè)計的溫控系統(tǒng)，其最大的特征就在于具有大慣性以及大滯后性，因此在使用微分系數(shù)調(diào)節(jié)的過程中基本上是沒有效果的，因此就需要使用PID控制的方式。

4系統(tǒng)試驗分析

在本系統(tǒng)進(jìn)行簡單的集成組合之后，將系統(tǒng)安裝在位于風(fēng)電場進(jìn)行測試，其并網(wǎng)容量為100MW，并選取其中三臺風(fēng)機(jī)進(jìn)行測試，分別標(biāo)號為12#、13#和14#，并對13#風(fēng)機(jī)進(jìn)行安裝機(jī)艙環(huán)境智能控制系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)型號為東汽FD70-1500KW。通過對安裝了機(jī)艙環(huán)境智能控系統(tǒng)的13#樣機(jī)與未安裝該系統(tǒng)的12#、14#樣機(jī)的齒輪箱進(jìn)行溫度傳感器安裝，并與SCADA系統(tǒng)進(jìn)行連接，進(jìn)行為期30天的測試數(shù)據(jù)收集，并得出SCADA生成曲線。根據(jù)曲線可以看出，在大風(fēng)高溫天氣下，安裝了機(jī)艙環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)的13#風(fēng)機(jī)，齒輪箱油溫明顯低于相鄰的未安裝該系統(tǒng)的12#、14#風(fēng)機(jī)，并能使溫度保持在趨于穩(wěn)定范圍內(nèi)，可見該系統(tǒng)能充分降低機(jī)艙內(nèi)部齒輪箱的溫度。除了通過機(jī)艙溫度來測試機(jī)艙環(huán)境智能控制系統(tǒng)的可行性以外，還可進(jìn)行對比三組樣機(jī)的輸出有功功率來判斷該系統(tǒng)對風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的影響。通過對安裝了機(jī)艙環(huán)境智能控制系統(tǒng)的13#樣機(jī)與未安裝該系統(tǒng)的12#、14#樣機(jī)的SCADA系統(tǒng)進(jìn)行最大概率法的鏈接，進(jìn)行為期30天的測試數(shù)據(jù)收集，并得出SCADA生成曲線。由此曲線可以看出，安裝了機(jī)艙智能監(jiān)控系統(tǒng)的13#風(fēng)機(jī)運(yùn)行更平穩(wěn)，在大風(fēng)高溫環(huán)境下風(fēng)機(jī)出力一直處于高水平發(fā)電狀態(tài);相鄰未安裝該系統(tǒng)的12#、14#風(fēng)機(jī)出力不達(dá)標(biāo)，每運(yùn)行幾個小時就會出現(xiàn)降出力運(yùn)行，甚至停機(jī)的情況，造成不可利用小時數(shù)的增加和發(fā)電量損失。由此可以看出機(jī)艙環(huán)境智能控制系統(tǒng)對風(fēng)機(jī)的運(yùn)行、發(fā)電效率起到了明顯的提升作用，進(jìn)而帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益。

結(jié)語

本文擬采用專家自適應(yīng)PID控制算法與機(jī)艙智能控制系統(tǒng)控制原理進(jìn)行結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對機(jī)艙內(nèi)部進(jìn)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(jìn)，以提高風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電效率，為解決目前風(fēng)機(jī)機(jī)艙環(huán)境現(xiàn)存問題做出了貢獻(xiàn)。

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（作者單位：大唐河南清潔能源有限責(zé)任公司）