风力发电机组运行故障诊断与控制仿真

摘要

本研究利用梁横向振动的理论将300W小型风力机叶片简化成为悬臂梁振动模型，分别建立起其正常和故障运行状态下的振动模型，在Simulink仿真环境下对其进行仿真并分析其振动响应。利用PID控制方法对故障(偏心)状态下的振动模型进行调节，使其时域振动幅值被限制在允许的范围之内。对300W小型风力机组运行测试，运行过程中在叶片上附加偏心质量块模拟其故障状态，采集基于机组振动加速度信号，并对偏心状态下的信号特征重点进行分析，在此基础上，利用神经网络预测的方法对故障状态进行诊断。若网络判断为故障状态，则采集其输入输出数据，利用系统辨识的相关理论对风力机组进行振动系统建模，所建模型为ARX结构。针对故障状态下的ARX模型，研究合适的监测和控制方法，以激振频率(即转速)为被控参数，运用PID控制方法实现对整机组振动模型的控制仿真，并将实际测试的结果和仿真结果进行对比，整个过程均在Simulink仿真环境下进行。研究证明，从共振机理入手，消除或者减弱振源，是振动控制最彻底和有效的办法。由于受控对象的响应是由振源激励引起的，所以，实施合理的控制方法避免共振，能有效的消除振动以及由振动引起的疲劳损伤，保证设备安全稳定的运行。