CN110486238A - 一种低风速风力发电机组智能散热系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低风速风力发电机组智能散热系统及其控制方法，属于风电机组领域，包括控制单元、监测单元、执行单元及数据库，其中：所述监测单元包括用于监测机舱、轮毂及塔筒的各个测点所处环境的传感器，并将监测数据反馈给控制单元；所述执行单元包括用于调整机舱、轮毂及塔筒所处环境的执行设备；所述控制单元将所有监测数据实时录入数据库，并根据实时采集的监测数据与理想值进行分析比对调整优化控制指令，实时调整执行单元的执行动作。本发明的智能散热系统能够满足精确送风，消除散热死角的同时，降低整个冷却系统的能耗，实现智能散热；智能散热系统通过控制策略的自适应性动态优化，实现风力发电机组的发电量最大化。

Description

一种低风速风力发电机组智能散热系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及风电机组领域，特别是涉及一种低风速风力发电机组智能散热系统及其控制方法。

背景技术

风力发电机组机舱、轮毂及塔筒中各发热部件(如发电机、齿轮箱、变频器等)的热量，如果不能及时有效地排出，将严重影响其正常运行，导致风力发电机组停机故障。发热部件所处的机舱、轮毂及塔筒内部环境，受热量累积影响，温度上升，进一步影响其他设备的正常运行。

现有技术是风力发电机组的各发热部件单独或集成配置冷却系统，采用空冷或水冷方式，构成热循环回路，实现发热部件的冷却；而机舱、轮毂及塔筒内部整体环境通常采用通风冷却方式进行散热。

上述技术中配置的冷却系统，无法精确送风，散热位置单一，造成机舱、轮毂及塔筒内存在散热死角；控制方式简单，导致冷却系统能耗高，徒劳“少”益。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够满足精确送风，消除散热死角、降低整个冷却系统的能耗的低风速风力发电机组智能散热系统及其控制方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种低风速风力发电机组智能散热系统，所述智能散热系统以机舱、轮毂及塔筒内部环境的温度和湿度以及处于该环境中的发热部件温度的作为寻优目标，包括控制单元、监测单元、执行单元及数据库，其中：

所述监测单元包括用于监测机舱、轮毂及塔筒的各个测点所处环境的温度值、湿度值、风量、热量的传感器，并将监测数据反馈给控制单元；

所述执行单元包括用于调整机舱、轮毂及塔筒所处环境的风量、温度、湿度、热量的执行设备；

所述控制单元将所有监测数据实时录入数据库，并根据寻优目标的控制策略，为执行单元给出单独或协同的动作指令，并根据实时采集的监测数据与理想值进行分析比对调整优化控制指令，实时调整执行单元的执行动作。

进一步地，所述控制单元还根据数据库中的数据及监测数据进行数据互联，对比分析，智能自适应学习，不断优化控制策略，实现控制策略的动态优化。

进一步地，所述控制单元包括中央处理器、数据存储器和总线。

进一步地，还包括自检单元，用于在系统运行之处进行自检：若检测到故障则报警，若未检测到故障则控制单元根据监测数据和控制策略进行智能控制。

进一步地，所述监测单元的传感器包括机舱、轮毂及塔筒的外部环境温度传感器、外部环境湿度传感器、外部污染颗粒物浓度传感器、内部环境温度传感器、内部环境湿度传感器、进风量传感器、排风量传感器和/或发热部件温度传感器。

进一步地，所述控制单元的控制策略还包括：外部环境温度、外部环境湿度、外部环境颗粒物浓度、内部环境温度、内部环境湿度、发热部件温度均设有动态阈值，依据阈值的满足与否，给出执行单元的单独或协同动作。

进一步地，所述执行单元的执行设备包括进风风扇群、排风风扇群、进风格栅群、排风格栅群、风道、风道阀门、过滤装置、报警器、加热器、除湿装置、发热部件冷却风扇。

进一步地，所述控制单元根据控制策略：实时调整风扇群的启停、转速，实时调整格栅群的开度，实时控制过滤装置、除湿装置和/或加热器在整个气流循环中的补入和摘出。

进一步地，还包括进风风道和排风风道；

所述进风风道包括若干进风入口、若干进风出口、进风入口和进风出口之间连接有至少两条风道，风通过进风入口进入风道，然后从进风出口进入机舱、轮毂或塔筒内；所述进风格栅群设在进风入口处，进风格栅群由电机驱动；所述进风风扇群设在进风出口处，在每个风道上都设有风道阀门，在某风道上并联设置有过滤装置、除湿装置和/或加热器；

相应的，所述排风风道包括若干排风进口、若干排风出口和连接在排风进口和排风出口之间的风道，风通过排风进口经过风道从排风出口处排出；所述排风风扇群置于排风进口处，排风出口处设置有排风格栅群，排风格栅群由电机驱动。

另一方面，提供一种低风速风力发电机组智能散热控制方法，包括：

将机舱、轮毂及塔筒内部环境的温度和湿度以及处于该环境中的发热部件温度的作为寻优目标，通过对进风温度、进风量、排风量、发热部件发热量、发热部件温度进行监测，将监测的数据实时录入数据库，并根据理想值与实时监测数据进行对比分析，并根据控制策略对机舱、轮毂及塔筒的进风、排风、加热、除湿执行设备进行单独或协同的控制。

进一步地，所述控制策略为：对外部环境温度、外部环境湿度、外部环境颗粒物浓度、内部环境温度、内部环境湿度、发热部件温度均设有动态阈值，依据阈值的满足与否，给出各执行设备的单独或协同动作。

进一步地，所述单独或协同的控制包括：实时调整风扇群的启停、转速，实时调整格栅群的开度，实时控制过滤、除湿或加热程序在整个气流循环中的补入和摘出。

进一步地，所述控制策略还包括：控制单元根据数据库中的数据以及风力发电机组监测数据进行数据互联，比对分析，智能自适应学习，不断优化控制策略，实现控制策略的动态优化。

采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：

本发明的智能散热系统能够满足精确送风，消除散热死角的同时，降低整个冷却系统的能耗，实现智能散热；智能散热系统通过控制策略的自适应性动态优化，实现风力发电机组的发电量最大化。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明的智能散热系统程序框图的一个实施例；

图2是本发明的智能散热系统布置图；

图3是本发明的智能散热系统执行单元放大图；

图4为本发明的内部环境温度控制逻辑示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域技术人员。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明提供一种低风速风力发电机组智能散热系统的实施例，如图1～图4所示，智能散热系统以机舱、轮毂及塔筒内部环境的温度和湿度以及处于该环境中的发热部件温度的作为寻优目标，包括控制单元1、监测单元2、执行单元3及数据库4，其中：监测单元2包括用于监测机舱、轮毂及塔筒的各个测点所处环境的温度值、湿度值、风量、热量的传感器，并将监测数据反馈给控制单元；执行单元3包括用于调整机舱、轮毂及塔筒所处环境的风量、温度、湿度、热量的执行设备；控制单元1将所有监测数据实时录入数据库4，并根据寻优目标的控制策略，为执行单元给出单独或协同的动作指令，并根据实时采集的监测数据与理想值进行分析比对调整优化控制指令，实时调整执行单元的执行动作。

本发明的智能散热系统将机舱、轮毂及塔筒内部环境的温度和湿度以及处于该环境中的发热部件温度的作为寻优目标，通过对进风温度、进风量、排风量、发热部件发热量、发热部件温度进行监测，将监测的数据实时录入数据库，并根据理想值与实时监测数据进行对比分析，并根据控制策略对机舱、轮毂及塔筒的进风、排风、加热、除湿执行设备进行单独或协同的控制。本发明的智能散热系统能够满足精确送风，消除散热死角的同时，降低整个冷却系统的能耗，实现智能散热；智能散热系统通过控制策略的自适应性动态优化，实现风力发电机组的发电量最大化。

进一步地，执行单元的执行设备包括进风风扇群5、排风风扇群6、进风格栅群7、排风格栅群8、风道9、风道阀门10、过滤装置11、报警器12、加热器13、除湿装置、发热部件冷却风扇14等。

进一步地，还包括进风风道和排风风道；

进风风道包括若干进风入口、若干进风出口、进风入口和进风出口之间连接有至少两条风道，风通过进风入口进入风道，然后从进风出口进入机舱、轮毂或塔筒内；进风格栅群设在进风入口处，进风格栅群由电机驱动；进风风扇群设在进风出口处，在每个风道上都设有风道阀门，在某风道上并联设置有过滤装置、除湿装置和/或加热器；

相应的，排风风道包括若干排风进口、若干排风出口和连接在排风进口和排风出口之间的风道，风通过排风进口经过风道从排风出口处排出；排风风扇群置于排风进口处，排风出口处设置有排风格栅群，排风格栅群由电机驱动。

进一步地，控制单元的控制策略还包括：外部环境温度、外部环境湿度、外部环境颗粒物浓度、内部环境温度、内部环境湿度、发热部件温度均设有动态阈值，依据阈值的满足与否，给出执行单元的单独或协同动作。

进一步地，控制单元根据控制策略：实时调整风扇群的启停、转速，实时调整格栅群的开度，实时控制过滤装置、除湿装置和/或加热器在整个气流循环中的补入和摘出。

进一步地，控制单元还根据数据库中的数据及监测数据进行数据互联，对比分析，智能自适应学习，不断优化控制策略，实现控制策略的动态优化。

进一步地，控制单元包括中央处理器、数据存储器和总线。

进一步地，还包括自检单元，用于在系统运行之处进行自检：若检测到故障则报警，若未检测到故障则控制单元根据监测数据和控制策略进行智能控制。

进一步地，监测单元的传感器包括机舱、轮毂及塔筒的外部环境温度传感器、外部环境湿度传感器、外部污染颗粒物浓度传感器、内部环境温度传感器、内部环境湿度传感器、进风量传感器、排风量传感器和/或发热部件温度传感器。

另一方面，提供一种低风速风力发电机组智能散热控制方法，可以采用上述控制系统进行控制，包括：

将机舱、轮毂及塔筒内部环境的温度和湿度以及处于该环境中的发热部件温度的作为寻优目标，通过对进风温度、进风量、排风量、发热部件发热量、发热部件温度进行监测，将监测的数据实时录入数据库，并根据理想值与实时监测数据进行对比分析，并根据控制策略对机舱、轮毂及塔筒的进风、排风、加热、除湿执行设备进行单独或协同的控制。

进一步地，控制策略为：对外部环境温度、外部环境湿度、外部环境颗粒物浓度、内部环境温度、内部环境湿度、发热部件温度均设有动态阈值，依据阈值的满足与否，给出各执行设备的单独或协同动作。

进一步地，单独或协同的控制包括：实时调整风扇群的启停、转速，实时调整格栅群的开度，实时控制过滤、除湿或加热程序在整个气流循环中的补入和摘出。

进一步地，控制策略还包括：控制单元根据数据库中的数据以及风力发电机组监测数据进行数据互联，比对分析，智能自适应学习，不断优化控制策略，实现控制策略的动态优化。

一个实施例为：

控制单元根据寻优目标的控制策略，为执行单元给出进行单独或协同的动作指令。

监测单元实时监测各个测点所处环境的温度值、湿度值、风量、热量等，并将所有信息反馈给控制单元。

控制单元将所有监测值实时录入数据库，并根据理想值与实时监测值的分析比对调整优化控制指令。

控制单元发出调整优化后的控制指令，实时调整风扇群的启停、转速，实时调整格栅群的开度，实时控制过滤、除湿或加热程序在整个气流循环中的补入和摘出。进一步地，控制单元根据数据库中的数据以及风力发电机组SCADA(数据采集与监控系统)数据进行数据互联，比对分析，智能自适应学习，不断优化控制策略，实现控制策略的动态优化。

整个系统运行之初进行自检，出现故障即报警。

在结构和布局方面，进风风扇群可置于进风风道内，进风风道与进风口连接，进风口处设置进风格栅群，进风格栅群由电机驱动；同理，排风风扇群置于排风风道内，排风风道与出风口连接，出风口处设置排风格栅群，排风格栅群由电机驱动。

设置风扇群和格栅群的目的是实现精确送风，可集群控制或单独控制；进风风道和排风风道为多个，不唯一。

过滤、除湿、加热等辅助装置并联在风道内，并由风道阀门开关动作，实现气流经过或绕过上述装置所在风道。

控制策略上，外部环境温度、外部环境湿度、外部环境颗粒物浓度、内部环境温度、内部环境湿度、发热部件温度均设有动态阈值，依据阈值的满足与否，给出执行单元的单独或协同动作。例如内部环境温度，设置上限第一阈值、上限第二阈值、上限第三阈值、下限第一阈值、下限第二阈值、下限第三阈值，控制系统依据监测单元获取的内部环境温度，与设定阈值进行对比：

1)如果高于上限第一阈值，控制指令为进风格栅群全开且开度最大、风道阀门打开、进风风扇群全启动且最大转速、发热部件冷却风扇启动且最大转速、排风风扇群全启动且最大转速、排风格栅群全开且开度最大，控制逻辑见图4。

2)如果高于上限第二阈值，控制指令为进风格栅群部分开启且开度适中、风道阀门打开、进风风扇群部分启动且转速适中、发热部件冷却风扇启动且高转速、排风风扇群部分启动且转速适中、排风格栅群部分开启且开度适中。

3)如果高于上限第三阈值，控制指令为进风格栅群部分开启且开度适中、风道阀门打开、进风风扇群关闭、发热部件冷却风扇启动且低转速、排风风扇群关闭、排风格栅群部分开启且开度适中。

4)如果低于下限第一阈值，进风格栅群部分开启且开度适中、风道阀门打开、加热器开启、进风风扇群关闭、排风风扇群关闭。

5)如果低于下限第二阈值，进风格栅群部分开启且开度适中、风道阀门打开、进风风扇群关闭、加热器开启、排风格栅群部分开启且开度适中。

6)如果低于下限第三阈值，进风格栅群关闭、风道阀门关闭、进风风扇群关闭、排风格栅群部分开启且开度适中。

现有技术风电机组各发热部件单独或集成配置冷却系统，采用空冷或水冷方式，构成热循环回路，实现发热部件的冷却；而机舱、轮毂及塔筒内部整体环境通常采用通风冷却方式进行散热，冷却系统无法精确送风，散热位置单一，造成机舱、轮毂及塔筒内存在散热死角；控制方式简单，导致冷却系统能耗高。而本发明的低风速风力发电机组智能散热系统和控制方法，能够满足精确送风，消除散热死角的同时，降低整个冷却系统的能耗

本发明与现有技术相比的优势在于：1)数据互联，所有监测数据与风电机组SCADA数据进行互联；3)控制方法，控制方法可对整套系统实现闭环控制；2)智能学习，控制系统自适应学习，通过庞大数据库内互联数据的实时比对分析，实时优化控制策略。本发明监测全面，能对机舱、轮毂和塔筒环境内外各变量实时采集反馈，且关联风电机组SCADA系统，数据量庞大；且控制精确，通过对所有数据处理分析，不断优化调整优化目标参量。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种低风速风力发电机组智能散热系统，其特征在于，所述智能散热系统以机舱、轮毂及塔筒内部环境的温度和湿度以及处于该环境中的发热部件温度的作为寻优目标，包括控制单元、监测单元、执行单元及数据库，其中：

所述监测单元包括用于监测机舱、轮毂及塔筒的各个测点所处环境的温度值、湿度值、风量、热量的传感器，并将监测数据反馈给控制单元；

所述执行单元包括用于调整机舱、轮毂及塔筒所处环境的风量、温度、湿度、热量的执行设备；

所述控制单元将所有监测数据实时录入数据库，并根据寻优目标的控制策略，为执行单元给出单独或协同的动作指令，并根据实时采集的监测数据与理想值进行分析比对调整优化控制指令，实时调整执行单元的执行动作。

2.根据权利要求1所述的低风速风力发电机组智能散热系统，其特征在于，所述控制单元还根据数据库中的数据及监测数据进行数据互联，对比分析，智能自适应学习，不断优化控制策略，实现控制策略的动态优化；

和/或，所述控制单元包括中央处理器、数据存储器和总线。

3.根据权利要求1所述的低风速风力发电机组智能散热系统，其特征在于，还包括自检单元，用于在系统运行之处进行自检：若检测到故障则报警，若未检测到故障则控制单元根据监测数据和控制策略进行智能控制。

4.根据权利要求1所述的低风速风力发电机组智能散热系统，其特征在于，所述监测单元的传感器包括机舱、轮毂及塔筒的外部环境温度传感器、外部环境湿度传感器、外部污染颗粒物浓度传感器、内部环境温度传感器、内部环境湿度传感器、进风量传感器、排风量传感器和/或发热部件温度传感器。

5.根据权利要求4所述的低风速风力发电机组智能散热系统，其特征在于，所述控制单元的控制策略还包括：外部环境温度、外部环境湿度、外部环境颗粒物浓度、内部环境温度、内部环境湿度、发热部件温度均设有动态阈值，依据阈值的满足与否，给出执行单元的单独或协同动作。

6.根据权利要求1至5任一所述的低风速风力发电机组智能散热系统，其特征在于，所述执行单元的执行设备包括进风风扇群、排风风扇群、进风格栅群、排风格栅群、风道、风道阀门、过滤装置、报警器、加热器、除湿装置、发热部件冷却风扇。

7.根据权利要求6所述的低风速风力发电机组智能散热系统，其特征在于，所述控制单元根据控制策略：实时调整风扇群的启停、转速，实时调整格栅群的开度，实时控制过滤装置、除湿装置和/或加热器在整个气流循环中的补入和摘出。

8.根据权利要求7所述的低风速风力发电机组智能散热系统，其特征在于，还包括进风风道和排风风道；

所述进风风道包括若干进风入口、若干进风出口、进风入口和进风出口之间连接有至少两条风道，风通过进风入口进入风道，然后从进风出口进入机舱、轮毂或塔筒内；所述进风格栅群设在进风入口处，进风格栅群由电机驱动；所述进风风扇群设在进风出口处，在每个风道上都设有风道阀门，在某风道上并联设置有过滤装置、除湿装置和/或加热器；

相应的，所述排风风道包括若干排风进口、若干排风出口和连接在排风进口和排风出口之间的风道，风通过排风进口经过风道从排风出口处排出；所述排风风扇群置于排风进口处，排风出口处设置有排风格栅群，排风格栅群由电机驱动。

9.一种低风速风力发电机组智能散热控制方法，其特征在于，包括：

将机舱、轮毂及塔筒内部环境的温度和湿度以及处于该环境中的发热部件温度的作为寻优目标，通过对进风温度、进风量、排风量、发热部件发热量、发热部件温度进行监测，将监测的数据实时录入数据库，并根据理想值与实时监测数据进行对比分析，并根据控制策略对机舱、轮毂及塔筒的进风、排风、加热、除湿执行设备进行单独或协同的控制。

10.根据权利要求9所述的低风速风力发电机组智能散热控制方法，其特征在于，所述控制策略为：对外部环境温度、外部环境湿度、外部环境颗粒物浓度、内部环境温度、内部环境湿度、发热部件温度均设有动态阈值，依据阈值的满足与否，给出各执行设备的单独或协同动作；

和/或，所述单独或协同的控制包括：实时调整风扇群的启停、转速，实时调整格栅群的开度，实时控制过滤、除湿或加热程序在整个气流循环中的补入和摘出；

和/或，所述控制策略还包括：控制单元根据数据库中的数据以及风力发电机组监测数据进行数据互联，比对分析，智能自适应学习，不断优化控制策略，实现控制策略的动态优化。