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随着全球经济的复苏和发展,能源危机问题及由能源滥用导致的环境污染问题日益严重。减少对煤炭、石油、核能、天然气、金属矿藏等能源的依赖,利用太阳能、风能、潮汐能等能源,努力探索新型能源,致力于实现能源的循环利用和可持续发展,成为世界各国能源发展战略的必然趋势。风能作为一种新型绿色环保可再生能源,在现代社会受到了广泛关注。许多国家已经开始制定和实施风电计划,在2010年风能发展报告中提到,中国许多风机制造商已经研制且成功生产出了大功率型风机。然而随着风电机装机容量的增大,风机设备容易受到风能的影响,风电行业所面临的问题也逐渐增多,许多问题亟需解决。 由于风力发电机所处的环境及地理位置的限制,风力发电机组时常发生各类故障和问题。风力发电机组是将风能转换为机械能再转换为电能的能量转换设备,主要部件包括风轮、叶片、主轴承、齿轮箱、发电机、控制箱、风速仪等部分,各个部件都有可能出现故障,造成的火灾事故近年来也有增无减。故障如果无法及时消除,可能会使得机组停机,而火灾事故一方面会引起设备停机、线路供电中断等,另一方面更是会造成难以预估的经济损失和社会财产及人身安全风险,因此风力发电的消防安全问题已受到世界各国的重视,发展风电机组的消防监控技术势在必行。而研究发现许多故障都可以通过实时状态监测与振动信号故障诊断技术来避免,因此发展状态监测与故障诊断技术既有利于降低风机组的运行风险,也有利于减少运行成本。 基于上述情况,论文开展了针对风电机组状态监测与消防控制系统的研究。论文的主要工作内容概括如下: (1)介绍了常规风电机组的基本结构组成和相应的工作原理。 (2)对风电机组常见故障进行了分类,挑选其中的典型故障进行分析,研究故障产生的原因及外在表现形式,给出了相应的解决方案,突出了风电机组在线检测和故障诊断的重要性;对风电机组故障等引起的火灾进行了分析,研究了风电机组火灾原因、消防方式及其改进方向,提出了风电机组消防监控的重要性。 (3)基于以上情况,设计了风电机组状态监测与消防控制系统,根据系统总体设计目的,选择相应的系统设计方案,对系统中的上位机进行设计,上位机硬件采用普通PC机,需要满足接口通讯条件,上位机软件采用C++开发,模块化编程;对系统中的下位机进行设计,下位机硬件采用STM32单片机作为总控,再利用各类功能芯片或者传感器实现各类功能,下位机软件采用单片机语言开发,采用模块化编程方式。 (4)对已经设计好的系统进行相应的功能调试与研究,功能大体上分为消防控制功能和在线监测、故障诊断功能,消防监控功能包括风机组温湿度监测、烟感状态监测、灭火器状态等,故障诊断功能包括风机组振动信号监测,依据采集到的振动信号运用频谱分析判断风机组是否发生故障。利用EEMD分解,模糊熵特征提取与SVM故障分类识别等方法对齿轮振动信号进行深入分析与研究,优化风机故障诊断方法,提高故障识别率,从而提高风机系统的工作可靠性。 最后对本文所研究的工作及研究成果进行了总结,并指出风电机组研究领域今后有待进一步研究的工作。