趙云

摘 要：變槳控制系統(tǒng)是風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)中控制算法比較復(fù)雜、設(shè)備故障發(fā)生頻繁的子系統(tǒng)。當(dāng)風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障并發(fā)生停機(jī)狀況時，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和監(jiān)視控制系統(tǒng)會顯示出具體的故障信息，這種具體的故障信息會有多項內(nèi)容，并且會在風(fēng)電機(jī)組定位故障種類、確認(rèn)檢修方式、及時恢復(fù)生產(chǎn)等方面帶來很多不利影響。因此，靠非線性狀態(tài)估計的風(fēng)電機(jī)組變槳控制系統(tǒng)的故障識別功能，能夠及時排除風(fēng)電機(jī)組的故障，提升風(fēng)電機(jī)組的穩(wěn)定性，提高風(fēng)電機(jī)組發(fā)電性能。該文主要是基于非線性狀態(tài)估計技術(shù)作為風(fēng)電機(jī)組變槳控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘方法，分析風(fēng)電機(jī)組變槳控制系統(tǒng)運(yùn)行的趨勢及故障類型。

關(guān)鍵詞：非線性狀態(tài)估計；故障識別；變槳控制系統(tǒng)；風(fēng)電機(jī)組

中圖分類號：TM315 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 非線性狀態(tài)估計的概念及建模原理

非線性狀態(tài)估計的英文釋義為NSET，是一種非參數(shù)、非線性建模方法，通常適用于電子產(chǎn)品的壽命預(yù)測、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測以及故障監(jiān)測等領(lǐng)域。非線性狀態(tài)估計建模方法是以實時數(shù)據(jù)為依托，可以為工廠的風(fēng)電機(jī)組變槳控制系統(tǒng)提供迅速可靠的故障識別方法。

在工廠的工業(yè)生產(chǎn)過程運(yùn)行的設(shè)備中，有n個相關(guān)聯(lián)的向量，以每次觀測到的測點為觀測向量，那么觀測n次就有n個觀測向量。也就是：

非線性狀態(tài)估計建模的第一步就是構(gòu)造過程記憶矩陣，用字母D代替，在工業(yè)生產(chǎn)過程運(yùn)行的設(shè)備中，在不同的工作情況下采集的歷史數(shù)據(jù)，若有m個歷史觀測向量，構(gòu)造過程記憶矩陣就為：

過程記憶矩陣中的每一列觀測向量都反映了工業(yè)生產(chǎn)過程中設(shè)備的某個節(jié)點的工作狀態(tài)，經(jīng)過對歷史觀測向量數(shù)據(jù)的選擇，組成一個個空間，反映了整個動態(tài)過程。所以構(gòu)造過程記憶矩陣的作用主要是展現(xiàn)工廠工業(yè)生產(chǎn)過程中的設(shè)備正常運(yùn)行的動態(tài)過程。

非線性狀態(tài)估計輸入值，用Xobs作為某一時刻設(shè)備的觀測向量，對應(yīng)的輸出值為輸入值的預(yù)測向量Xest，每一個Xobs都能通過非線性狀態(tài)估計生成一個m維的權(quán)值向量，W=[w1 w2…wm]，最后算出Xest=D·W，非線性狀態(tài)估計整個的輸出值就是過程記憶矩陣中m個觀測向量的線性組合。

工廠工業(yè)生產(chǎn)過程中運(yùn)行設(shè)備正常時，非線性狀態(tài)估計的輸入觀測向量就會處在正常的過程記憶矩陣空間內(nèi)，與過程記憶矩陣中的過去觀測向量內(nèi)容比較相似，離得距離也較近，但是如果工業(yè)生產(chǎn)過程中運(yùn)行設(shè)備出現(xiàn)故障時，輸入觀測向量就會偏離正常工作空間，以此來顯示故障的發(fā)生。

2 變槳控制系統(tǒng)故障分析及其影響

風(fēng)電機(jī)組變槳控制系統(tǒng)的故障按發(fā)展的時間可以分為2種：一種是突發(fā)性故障，另一種是漸進(jìn)性故障。突發(fā)性故障指的是在工業(yè)生產(chǎn)或制造的過程中設(shè)備整體或者部分功能突然發(fā)生故障，而引起風(fēng)電機(jī)組變槳控制系統(tǒng)發(fā)生損壞的情況，這類故障發(fā)生時間短而且難預(yù)測。漸進(jìn)性故障是由于設(shè)備在運(yùn)行過程中某些具體零部件出現(xiàn)老化、磨損等性能逐漸下降的情況，最后導(dǎo)致故障發(fā)生。風(fēng)電機(jī)組變槳控制系統(tǒng)的故障主要集中在風(fēng)電機(jī)組變槳控制器通信發(fā)生故障、變槳控制器軸發(fā)生故障、變槳控制器發(fā)生集合故障、風(fēng)電機(jī)組變槳電機(jī)發(fā)生溫度警告等方面。

風(fēng)電機(jī)組的變槳控制系統(tǒng)發(fā)生故障會導(dǎo)致葉片不能正常使用，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)電系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤，如果發(fā)電系統(tǒng)出錯，電力就不能夠及時地進(jìn)行輸送。

3 非線性狀態(tài)估計模型識別風(fēng)電機(jī)組變槳控制系統(tǒng)故障

依據(jù)非線性狀態(tài)估計的建模，我們能夠有效識別風(fēng)電機(jī)組變槳控制系統(tǒng)發(fā)生的故障類型并尋找解決方法。

變槳電機(jī)溫度高時，可以通過風(fēng)電機(jī)組變槳控制系統(tǒng)及時發(fā)現(xiàn)故障問題，工作人員在處理變槳電機(jī)溫度高的問題時，可以從外部原因和內(nèi)部原因2個方面入手，從外部原因來看，我們要先查看變槳控制系統(tǒng)中的齒輪箱是否卡住、變槳控制系統(tǒng)中的齒輪是否夾雜著異物；從內(nèi)部原因來看，變槳電機(jī)的電氣剎車是否正常打開，電氣剎車電路是否斷線等。我們要先排除好外部原因再排除內(nèi)部原因。

當(dāng)風(fēng)電機(jī)組變漿控制系統(tǒng)通信出現(xiàn)故障問題時，我們可以檢查次控制器與主控制器之間是否發(fā)生通信中斷，如果次控制器沒有不良反應(yīng)，那么通信中斷的主要原因便可以歸結(jié)于信號線的問題，檢查機(jī)艙柜等一系列電路是否有干擾、斷線、短路等的問題。

對于該故障，我們解決的方法是用進(jìn)線端電壓230 V，出線端電壓24 V的萬用表測量中控器，如果一切正常，則證明中控器沒有發(fā)生故障情況，繼續(xù)進(jìn)行排查，將有關(guān)的通信線拔下來，將紅白線接地，輪轂側(cè)萬用表一支表筆接地，如果感覺到電阻的存在，說明電路沒有斷路；如果發(fā)生斷路情況，我們可以使用備用電線。如果故障依然存在，繼續(xù)檢查變槳控制系統(tǒng)中的滑環(huán)，有的風(fēng)電機(jī)組的變槳通信故障是由滑環(huán)引起的。風(fēng)電機(jī)組中的變槳控制系統(tǒng)中的齒輪箱如果發(fā)生漏油，很容易造成滑環(huán)內(nèi)進(jìn)油，油黏在滑環(huán)與插針中間，形成油膜，油膜阻隔了電路，變槳控制系統(tǒng)的通信信號就會時有時無。在冬季變槳通信故障比較多。對于發(fā)現(xiàn)的變槳錯誤故障問題，分析它可能是變槳控制器內(nèi)部發(fā)生了故障，使得變槳控制器的信號出現(xiàn)中斷；另一種可能是變槳控制器的外部出現(xiàn)問題。對于該類變槳故障問題，非線性狀態(tài)估計下的處理方法是當(dāng)中控器無法控制變槳時，信號為0，可進(jìn)入輪轂檢查中控器是否損壞，一般中控器如果有故障，可能會出現(xiàn)無法手動變槳的情況，如果手動變槳成功，檢查信號輸出的線路是否有虛接、斷線等情況，前面提到的滑環(huán)問題也可能引起該故障，解決滑環(huán)問題也是處理該故障的方法之一。

4 結(jié)語

通過上文我們了解了非線性狀態(tài)估計建模方法，還有構(gòu)造過程記憶矩陣的有效方法，非線性狀態(tài)估計方法算法簡單、意義明確，在該方法的基礎(chǔ)上建立風(fēng)電機(jī)組變槳控制系統(tǒng)模型，這樣可以識別出風(fēng)電機(jī)組變槳控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)風(fēng)電機(jī)組變槳控制系統(tǒng)發(fā)生故障停機(jī)時，可以通過觀測向量與正常狀態(tài)下風(fēng)電機(jī)組變槳模型的偏差，發(fā)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組變槳控制系統(tǒng)的故障，風(fēng)電機(jī)組故障的識別為定位故障制定檢修方案提供技術(shù)指導(dǎo)，同時也為后續(xù)開展風(fēng)機(jī)狀態(tài)檢測及性能評價提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]尹詩，余忠源，孟凱峰，等.基于非線性狀態(tài)估計的風(fēng)電機(jī)組變槳控制系統(tǒng)故障識別[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2014，34（S1）：160-165.

[2]賀德馨.風(fēng)工程與工業(yè)空氣動力學(xué)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2006：112-115.

[3]張雷，李海東，李建林，等.基于LQR方法的風(fēng)電機(jī)組變槳距控制的動態(tài)建模與仿真分析[J].太陽能學(xué)報，2008，29（7）：781-785.

[4]孫春順，王耀南，李欣然.飛輪輔助的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)功率和頻率綜合控制[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2008，28（29）：111-116.

[5]耿華，楊耕.變速變槳距風(fēng)電系統(tǒng)的功率水平控制[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2008，28（25）：130-137.

[6]郭鵬，Infield David，楊錫運(yùn).風(fēng)電機(jī)組齒輪箱溫度趨勢狀態(tài)監(jiān)測及分析方法[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2011，31（32）：129-136.

[7]李學(xué)偉.基于數(shù)據(jù)挖掘的風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)預(yù)測及變槳系統(tǒng)異常識別[D].重慶：重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院，2012.