CN110374798B - 基于风机机组实时功率的预防性机舱温度控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于风机机组实时功率的预防性机舱温度控制方法，属于风电技术领域。本发明涉及风力发电机组温度控制系统，特别涉及非线性的风力发电机温度控制系统。根据风机的实时功率，通过算法进行处理，使得散热曲线外移，增加散热功率，温度调解留有余量，消除其滞后性，实现对机舱温度非线性的预防性的控制。本发明依据风电机组的实时功率和转速转矩表来计算确定温度控制系统的输出功率，实现对温度控制系统的控制。风电机组实时功率越大，温度控制系统的输出功率越大，温度调解能力越强；风电机组功率曲线斜率越大，即下一转速对应的功率越大，温度控制系统的输出功率越大，温度调解能力越强。

Description

基于风机机组实时功率的预防性机舱温度控制方法
技术领域
本发明属于风电机组技术领域，特别是涉及一种基于风机机组实时功率的预防性机舱温度控制方法。
背景技术
目前，国内外风电机组经常被高温所困扰，尤其是在炎热的夏季，因高温而导致的风机机组停机时有发生。高温不仅影响风电机组的可利用率，造成发电量的损失，也影响风电机组部件的性能和使用寿命，严重的还会引起火灾。
发明内容
针对上述存在的技术问题，提供一种基于风机机组实时功率的预防性机舱温度控制方法，实现对机舱温度非线性的预防性的控制。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种基于风机机组实时功率的预防性机舱温度控制方法，包括如下步骤：
计算风机的实时功率；根据风机的实时功率绘制散热曲线，将散热曲线外移增加散热功率计算机舱所需的散热功率，根据外移后的散热功率修正冷却系统的最终输出功率P修i：
Figure GDA0002179058920000011
其中：
P电i为风电机组在转速ni下的功率，根据风电机组的转速、转矩对照表确定：P电i＝9550*Ti*ni，Ti为风电机组在转速ni下的转矩；P电i+1为风电机组在转速ni+1下的功率，K1为总效率系数。
进一步地：
所述总效率系数K1的计算包括：
根据风电机组捕获风能的功率P风,风电机组把捕获的风能转化为电能的功率P电,表示为：
P电＝η1*η2*η3*η4*P风
η1为主轴承效率，η2为齿轮箱效率，η3为发电机效率，η4为变流器效率；
计算主轴承损失功率P损1
P损1＝(1-η1)*P风
计算齿轮箱损失功率P损2
P损2＝(1-η2)*P风*η1
计算发电机损失功率P损3
P损3＝(1-η3)*P风*η1*η2
计算变流器损失功率P损4
P损4＝(1-η4)*P风*η1*η2*η3
计算总的损失的功率P损
P损＝P损1+P损2+P损3+P损4
计算热能P热
P热＝P损＝[(1-η1)+(1-η2)*η1+(1-η3)*η1*η2+(1-η4)*η1*η2*η3]*P风
Figure GDA0002179058920000031
P热＝K1*P电
Figure GDA0002179058920000032
进一步地，结合散热曲线外移增加散热功率计算机舱的散热功率包括：
让通风散热功率P散等于P热：
P散＝P热＝K1*P电 (1)
Figure GDA0002179058920000033
其中C：空气比热容，ρ：空气密度，ΔT：温度差值，Q通:每秒的通风量
ΔT＝(T排-T进)
T进：进风口温度，T排：排风口温度；
绘制当前通风量与温度差值的散热曲线；
温度差值不变通过增加通风量，将散热曲线外移，得到风电机组在转速ni+1下的散热功率P散i+1下外移后的通风量Q通i+1表达式(3)：
Figure GDA0002179058920000034
其中角标i表示的是风电机组处于转速ni下；
通风量不变通过增加温度差值，将散热曲线外移得到风电机组在转速ni+1下散热功率P散i+1下外移后的温度差值
Figure GDA0002179058920000035
表达式(4)：
Figure GDA0002179058920000036
得到修正后的散热功率P修i表达式(5)：
Figure GDA0002179058920000041
根据表达式(3)和(4)代入到表达式(5)得到公式(6)：
Figure GDA0002179058920000042
根据公式(1)和公式(6)得到：
Figure GDA0002179058920000043
进一步地：由
Figure GDA0002179058920000044
可知，修正后的通风量Q修i，
Figure GDA0002179058920000045
ΔT＝(T排-T进
T进：进风口温度，T排：排风口温度。
本发明的有益效果为：
本发明是根据风机的实时功率，使得散热曲线外移，增加散热功率，温度调解留有余量，消除其滞后性，实现对机舱温度非线性的预防性的控制。本发明依据风机的实时功率和转速转矩表来计算确定温度控制系统的输出功率，实现对温度控制系统的控制。风电机组实时功率越大，温度控制系统的输出功率越大，温度调解能力越强；风电机组功率曲线斜率越大，即下一转速对应的功率越大，温度控制系统的输出功率越大，温度调解能力越强。实现对温度控制系统的实时控制。
附图说明
图1是本发明的散热曲线图通风量外移图；
图2是本发明的散热曲线图温差外移图；
图3是本发明外移后的散热曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
实施例：本发明所述的风电机组把捕获风能转换电能，过程中损失的能量最终转换成了热能。
对于特定的风电机组，存在唯一的最佳减速比，使功率转换系数最大。
保证风电机组在特定风速下对应特定的旋转速度是实现其最高转换效率的关键。
风电机组通过查表法用转矩控制来实现，转矩表如下表1：
表1
序号 转速n 转矩T
1 n<sub>1</sub> T<sub>1</sub>
2 n<sub>2</sub> T<sub>2</sub>
3 n<sub>3</sub> T<sub>3</sub>
4 n<sub>4</sub> T<sub>4</sub>
5 n<sub>5</sub> T<sub>5</sub>
6 n<sub>6</sub> T<sub>6</sub>
7 n<sub>7</sub> T<sub>7</sub>
8 n<sub>8</sub> T<sub>8</sub>
9 n<sub>9</sub> T<sub>9</sub>
… … …
… … …
… … …
N n<sub>N</sub> T<sub>N</sub>
其中：
P电＝9550*T*n
P电i＝9550*Ti*ni
风电机组可以根据需要的控制策略来选择N的取值。
风电机组实时捕获的风能的功率P风，
风电机组把捕获的风能转化为电能的功率P电，
P电＝η1*η2*η3*η4*P风
η1：主轴承效率，η2：齿轮箱效率，η3：发电机效率，η4：变流器效率。P电i表示的是风电机组在转速ni下的功率。
机舱内的热源主要来自于主轴承、齿轮箱、发电机、变流器的效率，采集主轴承、齿轮箱、发电机、变流器的数据并计算效率分别为η1、η2、η3、η4。
主轴承损失功率P损1：P损1＝(1-η1)*P风
齿轮箱损失功率P损2：P损2＝(1-η2)*P风*η1
发电机损失功率P损3：P损3＝(1-η3)*P风*η1*η2
变流器损失功率P损4：P损4＝(1-η4)*P风*η1*η2*η3
机舱内总计损失的功率P损：P损＝P损1+P损2+P损3+P损4
损失的功率(能量)最终转换为热能P热释放出来，聚集在机舱内。
P热＝P损＝[(1-η1)+(1-η2)*η1+(1-η3)*η1*η2+(1-η4)*η1*η2*η3]*P风
Figure GDA0002179058920000061
P热＝K1*P电
Figure GDA0002179058920000062
根据主轴承、齿轮箱、发电机、变流器的效率计算得到为总效率系数K1。
为了避免机舱温度过高，需要对机舱进行通风散热，其散热功率P散大于等于P热，在此，以通风散热功率P散等于P热来进行，通用的公式为：
P散＝P热＝K1*P电
由于
Figure GDA0002179058920000071
其中C：空气比热容，
Figure GDA0002179058920000072
空气密度，ΔT：温度差值，Q通:每秒的通风量；
ΔT＝(T排-T进
T进：进风口温度，T排：排风口温度。
如图1所示，为使得温度调解留有余量，消除其滞后性，对散热曲线进行外移，增加散热功率，本实施例中直接以转速ni下的功率P电i运行时的散热功率P散i通过散热曲线外移后得到风电机组在转速ni+1下的功率功率P散i+1来计算，
在转速ni下的功率P电i运行时的散热功率P散i的通风量Q通i增大为风电机组在转速ni+1下通风量Q通i+1，
由
Figure GDA00021790589200000711
得到
Figure GDA0002179058920000073
参见图2所示，在散热功率P散i时的温度差值
Figure GDA0002179058920000074
增大为
Figure GDA0002179058920000075
则
Figure GDA0002179058920000076
参见图3所示，由P散i修正后的散热功率P修i为：
Figure GDA0002179058920000077
Figure GDA0002179058920000078
Figure GDA0002179058920000079
由
Figure GDA00021790589200000710
可知，修正后的通风量Q修i，
Figure GDA0002179058920000081
在一实施例中，基于此方法的温度控制系统，包括在风机内设置风机转速的转速采集单元，采集实时的转速，通过计算单元计算风机的实时功率，并通过绘制单元绘制当前通风量与温度差值的散热曲线，温度差值固定不变通过增加通风量，将散热曲线外移，得到风电机组在转速ni+1下的散热功率P散i+1下外移后的通风量Q通i+1表达式(3)：
Figure GDA0002179058920000082
其中角标i表示的是风电机组处于转速ni下；
通风量固定不变通过增加温度差值，将散热曲线外移得到风电机组在转速ni+1下散热功率P散i+1下外移后的温度差值
Figure GDA0002179058920000083
表达式(4)：
Figure GDA0002179058920000084
通过修正模块对散热功率进行修正得到修正后的散热功率P修i表达式(5)：
Figure GDA0002179058920000085
根据表达式(3)和(4)代入到表达式(5)得到公式(6)：
Figure GDA0002179058920000086
根据公式(1)和公式(6)得到：
Figure GDA0002179058920000087
在修正前，通过判断模块实时判断散热功率是否小于发热功率，若小于发热功率，则对冷却系统的最终输出功率P修i进行修正。修正后，通过传输模块将修正后的数据传输至冷却系统，冷却系统根据修正后的输出功率进行调整。

Claims (3)

1.一种基于风机机组实时功率的预防性机舱温度控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
采集风机的实时功率；根据风机的实时功率绘制散热曲线，并将散热曲线外移，增加散热功率计算机舱所需的散热功率，根据外移后的散热功率修正冷却系统的最终输出功率P修i：
Figure FDA0002392104390000011
其中：
P电i为风电机组在转速ni下的功率，根据风电机组的转速、转矩对照表确定：P电i＝9550*Ti*ni，Ti为风电机组在转速ni下的转矩；P电i+1为风电机组在转速ni+1下的功率，K1为总效率系数；
所述总效率系数K1的计算包括：
根据风电机组捕获风能的功率P风,风电机组把捕获的风能转化为电能的功率P电,表示为：
P电＝η1*η2*η3*η4*P风
η1为主轴承效率，η2为齿轮箱效率，η3为发电机效率，η4为变流器效率；
计算主轴承损失功率P损1
P损1＝(1-η1)*P风
计算齿轮箱损失功率P损2
P损2＝(1-η2)*P风*η1
计算发电机损失功率P损3
P损3＝(1-η3)*P风*η1*η2
计算变流器损失功率P损4
P损4＝(1-η4)*P风*η1*η2*η3
计算总的损失的功率P损
P损＝P损1+P损2+P损3+P损4
计算热能P热
P热＝P损＝[(1-η1)+(1-η2)*η1+(1-η3)*η1*η2+(1-η4)*η1*η2*η3]*P风
Figure FDA0002392104390000021
P热＝K1*P电
Figure FDA0002392104390000022
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：结合散热曲线外移增加散热功率计算机舱的散热功率包括：
让通风散热功率P散等于P热：
P散＝P热＝K1*P电 (1)
P散＝C*ρ*Q通*ΔT (2)
其中C：空气比热容，ρ：空气密度，ΔT：温度差值，Q通:每秒的通风量
ΔT＝(T排-T进)
T进：进风口温度，T排：排风口温度；
绘制当前通风量与温度差值的散热曲线；
温度差值不变通过增加通风量，将散热曲线外移，得到风电机组在转速ni+1下的散热功率P散i+1下外移后的通风量Q通i+1表达式(3)：
Figure FDA0002392104390000031
其中角标i表示的是风电机组处于转速ni下；
通风量不变通过增加温度差值，将散热曲线外移得到风电机组在转速ni+1下散热功率P散i+1下外移后的温度差值
Figure FDA0002392104390000032
表达式(4)：
Figure FDA0002392104390000033
得到修正后的散热功率P修i表达式(5)：
Figure FDA0002392104390000034
根据表达式(3)和(4)代入到表达式(5)得到公式(6)：
Figure FDA0002392104390000035
根据公式(1)和公式(6)得到：
Figure FDA0002392104390000036
3.根据权利要求2的所述方法，其特征在于：由
Figure FDA0002392104390000037
可知，修正后的通风量Q修i，
Figure FDA0002392104390000038
ΔT＝(T排-T进)
T进：进风口温度，T排：排风口温度。
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