一种风力发电机组机舱温度控制系统的制作方法

本发明涉及风力发动机，具体为一种风力发电机组机舱温度控制系统。

背景技术：

1、风力发电机组通常设置有机舱，机舱内集成发电机、齿轮箱、主轴承、变流器、液压站、偏航驱动机构以及冷却设备等部件。机组在发电运行、变桨调节、偏航动作和限功率控制过程中，不同部件会产生不同程度的热量，机舱内部温度受发电功率、叶轮转速、发电机转速、外部环境温度、外部风速以及冷却通道工作状态共同影响。当机舱内局部热量不能及时排出时，容易引起发电机温度、齿轮箱油温、主轴承温度、变流器温度、液压站温度或者偏航驱动温度升高，影响风力发电机组的运行稳定性。

2、现有机舱温度控制方式通常以单点温度阈值或者整体机舱温度为依据，直接控制冷却风机、液冷泵或者换热器运行。该方式能够实现基本散热，但难以区分不同热源分区对机舱温升的贡献，也难以判断温度变化与发电功率、转速、变桨动作、偏航动作等运行工况之间的响应关系。当多个部件同时升温时，现有方式容易将非主导升温部件作为控制对象，导致冷却调节针对性不足。

3、冷却设备在运行过程中可能出现冷却液流量下降、换热温差异常或者工作电流偏差等情况。现有温控方式多关注冷却设备是否启动，缺少对冷却通道实际冷却响应能力的评估，难以及时识别冷却衰减状态。若仅在温度达到保护值后再执行限功率或者停机保护，容易造成温控滞后，影响机组发电连续性和关键部件寿命。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种风力发电机组机舱温度控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种风力发电机组机舱温度控制系统，包括：

4、数据采集模块，用于采集机舱热状态数据、冷却运行状态数据、外部环境状态数据和整机运行工况数据；

5、机舱热源分区模块，用于基于机舱热状态数据和冷却运行状态数据，划分热源分区，并基于机舱热状态数据、外部环境状态数据和整机运行工况数据，获取各个热源分区的当前温度、温升速率、热积累持续时间和对应运行工况变量；

6、热源响应相位评估模块，用于基于各个热源分区的当前温度、温升速率和对应运行工况变量，获取各个热源分区的热源响应相位匹配系数，评估后获取主导热源识别结果，生成温升跟踪分区标记或者主导热源分区标记；

7、冷却响应衰减评估模块，用于基于冷却运行状态数据，计算各个热源分区对应冷却通道的冷却响应衰减系数，评估后获取冷却衰减评估结果，生成冷却能力正常标记、第一冷却衰减等级标记或第二冷却衰减等级标记；

8、热裕度预测评估模块，用于基于各个热源分区的当前温度、温升速率和热积累持续时间，结合机舱热状态数据和各个热源分区对应冷却通道的冷却响应衰减系数，计算各个热源分区的热裕度消耗系数，评估后获取热裕度风险评估结果，生成热裕度正常标记、第一热裕度风险标记或第二热裕度风险标记；

9、温控策略执行模块，用于基于主导热源识别结果、冷却衰减评估结果和热裕度风险评估结果，生成机舱温度控制指令。

10、进一步地，所述数据采集模块包括机舱热状态采集单元、冷却运行状态采集单元、外部环境状态采集单元和整机运行工况采集单元；

11、所述机舱热状态采集单元用于对风力发电机组机舱内部发热部件和机舱空间温度进行实时监测和对机舱热响应标定参数进行读取，采集机舱热状态数据，包括机舱环境温度、发电机温度、齿轮箱油温、主轴承温度、变流器温度、液压站温度、偏航驱动温度、温度采样周期、热积累起算温度、基准响应滞后时间和最大响应滞后偏差；

12、所述冷却运行状态采集单元用于对机舱冷却设备和冷却通道的运行状态进行实时监测，采集冷却运行状态数据，包括冷却风机转速、液冷泵转速、冷却液流量、冷却通道进口温度、冷却通道出口温度、冷却设备工作电流、当前冷却档位和冷却通道基准参数表；

13、所述外部环境状态采集单元用于对风力发电机组所处外部环境进行实时监测，采集外部环境状态数据，包括外部环境温度和外部风速；

14、所述整机运行工况采集单元用于对风力发电机组发电运行状态和控制动作状态进行实时监测，采集整机运行工况数据，包括发电功率、叶轮转速、发电机转速、桨距角变化数据、变桨动作状态、偏航角变化数据、偏航动作状态和限功率状态。

15、进一步地，所述机舱热源分区模块包括热源分区划定单元、分区温度特征获取单元和分区工况变量匹配单元；

16、所述热源分区划定单元用于基于机舱热状态数据和冷却运行状态数据，采用机舱结构分区方法和冷却通道对应匹配方法，获取机舱内发热部件与冷却通道的对应关系，并按照数据采集位置，对机舱内发热部件与冷却通道的对应关系进行划分，获取若干个热源分区并确定各热源分区对应的热源类型；

17、所述分区温度特征获取单元用于提取各个热源分区的实时温度数据，采用最高温度选取方法，获取各个热源分区的当前温度；采用采样差分计算方法，对相邻采样周期内当前温度的上升变化程度进行计算，获取各个热源分区的温升速率；基于各个热源分区的当前温度和对应的热积累起算温度，对当前温度连续高于热积累起算温度的持续时长进行累计，获取各个热源分区的热积累持续时间；

18、所述分区工况变量匹配单元用于基于各个热源分区的热源类型、整机运行工况数据、外部环境状态数据和冷却运行状态数据，对与各个热源分区相关的数据项进行匹配，获取各个热源分区的对应运行工况变量。

19、进一步地，所述热源响应相位评估模块包括响应相位参数获取单元、响应相位系数计算单元和主导热源评估单元；

20、所述响应相位参数获取单元用于基于各个热源分区的当前温度和对应运行工况变量，采用时间序列差分方法进行变化量提取，获取温度变化量和对应运行工况变量变化量；基于温度变化量和对应运行工况变量变化量，采用归一化相关计算方法，获取当前热源分区温度变化与对应运行工况变量变化之间的相关匹配值；基于温度采样周期和滞后相关搜索方法，获取当前热源分区温度变化相对于对应运行工况变量变化的实际响应滞后时间；基于当前热源分区的温升速率和全部热源分区的温升速率，获取当前热源分区的温升贡献占比。

21、进一步地，所述响应相位系数计算单元用于基于相关匹配值、实际响应滞后时间、温升贡献占比、基准响应滞后时间和最大响应滞后偏差，采用加权融合计算方法，获取当前热源分区的热源响应相位匹配系数；

22、所述主导热源评估单元用于通过预设热源识别阈值，并与各个热源分区的热源响应相位匹配系数进行对比分析，获取主导热源识别结果，包括：

23、当热源响应相位匹配系数＜热源识别阈值时，判定当前热源分区为温升跟踪分区，生成温升跟踪分区标记，并持续监测；

24、当热源响应相位匹配系数≥热源识别阈值时，判定当前热源分区为主导热源分区，生成主导热源分区标记。

25、进一步地，所述冷却响应衰减评估模块包括冷却响应参数获取单元、冷却衰减系数计算单元和冷却衰减评估单元；

26、所述冷却响应参数获取单元用于基于当前热源分区与冷却通道的对应关系，采用通道编号匹配方法，对当前热源分区对应的冷却通道进行标记；基于冷却运行状态数据，提取对应冷却通道的实际冷却液流量、冷却通道进口温度、冷却通道出口温度和实际工作电流；基于当前冷却档位和冷却通道基准参数表，获取对应冷却通道的基准冷却液流量、基准换热温差和基准工作电流；基于冷却通道进口温度和冷却通道出口温度，获取对应冷却通道的实际换热温差；

27、所述冷却衰减系数计算单元用于基于实际冷却液流量、基准冷却液流量、实际换热温差、基准换热温差、实际工作电流和基准工作电流，采用加权融合计算方法，对对应冷却通道的冷却液流量不足程度、换热不足程度和工作电流偏差程度进行融合计算，获取对应冷却通道的冷却响应衰减系数。

28、进一步地，所述冷却衰减评估单元用于通过预设第一冷却衰减阈值和第二冷却衰减阈值，并与各个冷却通道的冷却响应衰减系数进行对比分析，获取各个冷却通道的冷却衰减评估结果；

29、当冷却响应衰减系数≤第一冷却衰减阈值时，判定当前冷却通道为冷却能力正常通道，生成冷却能力正常标记；

30、当第二冷却衰减阈值≥冷却响应衰减系数＞第一冷却衰减阈值，判定当前冷却通道为冷却衰减通道，生成第一冷却衰减等级标记；

31、当冷却响应衰减系数＞第二冷却衰减阈值时，判定当前冷却通道为冷却衰减通道，生成第二冷却衰减等级标记。

32、进一步地，所述热裕度预测评估模块包括热裕度参数获取单元、热裕度系数计算单元和热裕度风险评估单元；

33、所述热裕度参数获取单元用于基于当前热源分区的当前温度和热积累起算温度，获取当前热源分区的当前温升占用系数；基于当前热源分区的温升速率、最大响应滞后偏差和热积累起算温度，获取当前热源分区的预测温升消耗系数；基于当前热源分区的热积累持续时间和最大响应滞后偏差，获取当前热源分区的热积累持续系数；

34、所述热裕度系数计算单元用于基于当前温升占用系数、预测温升消耗系数、热积累持续系数和对应冷却通道的冷却响应衰减系数，采用加权融合计算方法，对当前热源分区的温度占用、预测温升、持续积累和冷却衰减影响进行融合计算，获取当前热源分区的热裕度消耗系数。

35、进一步地，所述热裕度风险评估单元用于通过预设第一热裕度阈值和第二热裕度阈值并与各个热源分区的热裕度消耗系数进行对比分析，获取各个热源分区的热裕度风险评估结果；

36、当热裕度消耗系数≤第一热裕度阈值时，判定当前热源分区为热裕度正常分区，生成热裕度正常标记；

37、当第二热裕度阈值≥热裕度消耗系数＞第一热裕度阈值时，判定当前热源分区存在第一热裕度不足风险，生成第一热裕度风险标记；

38、当热裕度消耗系数＞第二热裕度阈值时，判定当前热源分区存在第二热裕度不足风险，生成第二热裕度风险标记。

39、进一步地，所述温控策略执行模块包括评估结果匹配单元和温控指令生成单元；

40、所述评估结果匹配单元用于基于主导热源分区标记、温升跟踪分区标记、冷却能力正常标记、第一冷却衰减等级标记、第二冷却衰减等级标记、热裕度正常标记、第一热裕度风险标记和第二热裕度风险标记，采用标记匹配方法，对当前热源分区的主导热源识别结果、对应冷却通道的冷却衰减评估结果和当前热源分区的热裕度风险评估结果进行匹配，获取当前热源分区的温控匹配结果；

41、所述温控指令生成单元用于基于当前热源分区的温控匹配结果，按照第二热裕度风险标记优先于第二冷却衰减等级标记、第二冷却衰减等级标记优先于第一热裕度风险标记、第一热裕度风险标记优先于第一冷却衰减等级标记、第一冷却衰减等级标记优先于热裕度正常标记、热裕度正常标记优先于温升跟踪分区标记的顺序进行匹配，并在同时满足多个匹配条件时按照优先级最高的匹配条件生成机舱温度控制指令，具体如下：

42、当当前热源分区对应主导热源分区标记和第二热裕度风险标记时，优先生成保护停机指令、强制冷却维持指令和人工检查提示：将风力发电机组退出发电运行；在风力发电机组退出发电运行后，保持当前冷却通道的冷却风机、液冷泵或者换热器继续运行；提示检查当前热源分区对应的发电机温度、齿轮箱油温、主轴承温度、变流器温度、液压站温度、偏航驱动温度以及当前冷却通道的冷却液流量、冷却通道进口温度、冷却通道出口温度和冷却设备工作电流；

43、当当前热源分区对应主导热源分区标记、第二冷却衰减等级标记和第一热裕度风险标记时，生成备用冷却通道切换指令、功率爬升限制指令和分级限功率指令：将当前热源分区对应的冷却通道由当前冷却通道切换至备用冷却通道，并启动备用冷却通道对应的冷却风机、液冷泵或者换热器；限制风力发电机组发电功率继续上升；下调风力发电机组的功率设定值；

44、当当前热源分区对应主导热源分区标记、第二冷却衰减等级标记和热裕度正常标记时，生成备用冷却通道切换指令和冷却通道检查提示：将当前热源分区对应的冷却通道由当前冷却通道切换至备用冷却通道，并启动备用冷却通道对应的冷却风机、液冷泵或者换热器；提示检查当前冷却通道的冷却液流量、冷却通道进口温度、冷却通道出口温度和冷却设备工作电流；

45、当当前热源分区对应主导热源分区标记、第一冷却衰减等级标记和第一热裕度风险标记时，生成冷却增强指令和冷却通道检查提示：将当前冷却通道由当前冷却档位提高至相邻高一档冷却档位，并按照提高后的冷却档位提高对应冷却风机转速、液冷泵转速或者换热器换热量；提示检查当前冷却通道的冷却液流量、冷却通道进口温度、冷却通道出口温度和冷却设备工作电流；

46、当当前热源分区对应主导热源分区标记、冷却能力正常标记和第一热裕度风险标记时，生成冷却增强指令：将当前冷却通道由当前冷却档位提高至相邻高一档冷却档位，并按照提高后的冷却档位提高对应冷却风机转速、液冷泵转速或者换热器换热量；

47、当当前热源分区对应主导热源分区标记、第一冷却衰减等级标记和热裕度正常标记时，生成冷却通道检查提示：提示检查当前冷却通道的冷却液流量、冷却通道进口温度、冷却通道出口温度和冷却设备工作电流；

48、当当前热源分区对应主导热源分区标记、冷却能力正常标记和热裕度正常标记时，生成冷却保持指令：将当前热源分区作为当前温控对象，并使当前冷却通道按照当前冷却档位持续作用于当前热源分区，保持对应冷却风机转速、液冷泵转速和换热器换热量；

49、当当前热源分区对应温升跟踪分区标记时，生成温升跟踪指令：将当前热源分区作为温度跟踪对象，并继续采集当前热源分区的当前温度、温升速率和对应冷却通道的冷却运行状态数据。

50、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

51、本发明根据对机舱内发电机、齿轮箱、主轴承、变流器、液压站、偏航驱动以及机舱环境进行分区监测，并结合发电功率、叶轮转速、发电机转速、变桨动作状态和偏航动作状态，识别温度变化与运行工况变化之间的响应关系，从而确定主导热源分区，避免仅依据单点温度或者整体机舱温度进行粗略控制，提高了机舱温度控制对象确定的准确性。

52、本发明通过采集冷却液流量、冷却通道进口温度、冷却通道出口温度、冷却设备工作电流和当前冷却档位，并结合冷却通道基准参数表，对冷却液输送能力、换热能力和冷却设备工作状态进行综合评估，能够识别冷却能力正常、第一冷却衰减等级和第二冷却衰减等级，避免冷却设备虽已启动但实际冷却效果不足的问题，提高了冷却通道异常识别的及时性和温控调节的可靠性。

53、本发明还通过将主导热源识别结果、冷却衰减评估结果和热裕度风险评估结果进行匹配，分别生成温升跟踪、冷却保持、冷却增强、冷却通道检查、备用冷却通道切换、功率爬升限制、分级限功率和保护停机等控制指令，使机舱温度控制由单一温度阈值触发转变为热源、冷却和热裕度联合判断，提高了风力发电机组在复杂工况下的温控响应能力，降低了局部过热对机组连续运行和关键部件寿命的影响。