一種風力發(fā)電機組仿真測試方法及其裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種風力發(fā)電機組仿真測試方法，包括以下步驟：A.加載風力發(fā)電機組模型模塊，加載通信模塊，連接主控系統(tǒng)，若加載或連接失敗則釋放已加載模塊并退出；B.讀取主控系統(tǒng)的主控參數(shù)、加載風況模型模塊，若讀取或加載失敗則進入步驟D；C.運行風力發(fā)電機組模型模塊，將風力發(fā)電機組模型模塊調整后的參數(shù)寫入主控系統(tǒng)，若模型運行、寫入失敗或仿真停止則進入步驟D；寫入成功且未收到仿真停止指令則觀察運行情況；D.停止系統(tǒng)運行，斷開與主控系統(tǒng)的連接、釋放通信模塊和風力發(fā)電機組模型模塊、并退出；E.退出仿真測試系統(tǒng)。該方法減少了風力發(fā)電機組實測次數(shù)，縮短開發(fā)時間和降低成本，降低風力發(fā)電機組運行風險。
【專利說明】—種風力發(fā)電機組仿真測試方法及其裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及風力發(fā)電機組測控【技術領域】，特別是涉及一種風力發(fā)電機組仿真測試方法及其裝置。
【背景技術】
[0002]近年來隨著全球對清潔能源的大力推動，風力發(fā)電產業(yè)得到快速發(fā)展，風力發(fā)電場裝機容量逐年上升，風力發(fā)電所占的比例越來越大，已逐漸成為了一種常規(guī)能源。風力發(fā)電機組控制方法是機組運行穩(wěn)定的關鍵因素，傳統(tǒng)的風力發(fā)電機組控制方法測試是通過風力發(fā)電機組吊裝和電裝完成后，在機組調試中完成主控測試。這種調控方法存在很大的風險，而且現(xiàn)場調試運行可控性及安全性較低，尤其是當遇到特殊工況時，運行風險和設備故障帶來的成本都將大大增加。
[0003]由此可見，現(xiàn)有的一種風力發(fā)電機組測試裝置及方法在結構與使用上，仍存在有不便與缺陷，亟待加以進一步改進。如何能創(chuàng)設一種工況模擬準確、可控性高、成本低的新的風力發(fā)電機組仿真測試方法及其裝置，實屬當前重要研發(fā)課題之一。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種風力發(fā)電機組仿真測試方法及其裝置，使其能夠重現(xiàn)特殊工況下風機的運行情況、實現(xiàn)故障復現(xiàn)功能、降低測試成本，從而克服現(xiàn)有的風機測試系統(tǒng)可控性差、成本高的不足。
[0005]為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種風力發(fā)電機組仿真測試方法，包括以下步驟:A.啟動風力發(fā)電機組仿真測試系統(tǒng)，輸入風況數(shù)據(jù)，建立風況模型，并進入步驟B ;B.加載風力發(fā)電機組模型模塊，若加載成功進入步驟C，若加載失敗則直接進入步驟K ;C.加載通信模塊，若加載成功進入步驟D，若加載失敗則釋放風力發(fā)電機組模型模塊并進入步驟K ；D.通過通信模塊連接風力發(fā)電機組主控系統(tǒng)，若連接成功進入步驟E，若連接失敗則依次釋放通信模塊和風力發(fā)電機組模型模塊并進入步驟K ;E.讀取風力發(fā)電機組主控系統(tǒng)的主控參數(shù)，若讀取成功進入步驟F，若讀取失敗則進入步驟J ；F.加載風況模型模塊，若加載成功進入步驟G，若加載失敗則進入步驟J ;G.運行風力發(fā)電機組模型模塊，模擬風力發(fā)電機組的運行，根據(jù)風況數(shù)據(jù)調整主控參數(shù)，若運行成功進入步驟H，若運行失敗則進入步驟J ;H.模擬完成后，將風力發(fā)電機組模型模塊調整后的運行參數(shù)寫入風力發(fā)電機組主控系統(tǒng)，若寫入成功進入步驟I，若寫入失敗則進入步驟J ; 1.若未接收到停止仿真信號，主控系統(tǒng)依據(jù)接收的主控參數(shù)控制風力發(fā)電機組運行，觀察并分析風力發(fā)電機組的實際運行情況，若接收到停止仿真信號，則進入步驟J ;J.停止風力發(fā)電機組仿真測試系統(tǒng)的運行，斷開與風力發(fā)電機組主控系統(tǒng)的連接、釋放通信模塊和風力發(fā)電機組模型模塊、并進入步驟K ；K.退出風力發(fā)電機組仿真測試系統(tǒng)。
[0006]作為一種改進，所述的風況模型的風況數(shù)據(jù)包括起始時間、風速、風向。
[0007]所述的風況模型的風況數(shù)據(jù)來自風場實際采集數(shù)據(jù)，或者采用時間間隔同風速、風向的線性變化數(shù)據(jù)。
[0008]所述的風力發(fā)電機組模型通過FAST軟件搭建。
[0009]所述的主控參數(shù)包括風力發(fā)電機組的葉片、塔筒、齒箱、發(fā)電機及變流器的參數(shù)。
[0010]本發(fā)明還提供一種應用上述方法的風力發(fā)電機組仿真測試裝置，包括內置風況模型模塊和風力發(fā)電機組模型模塊的處理器以及與該處理器連接的數(shù)據(jù)通訊模塊。
[0011]作為一種改進，所述的處理器還連接有運行狀態(tài)監(jiān)測模塊。
[0012]所述的處理器還連接有故障分析模塊。
[0013]所述的故障分析模塊采用EDAVM。
[0014]所述的數(shù)據(jù)通訊模塊采用MlCom外部接口。
[0015]采用這樣的設計后，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點:
[0016]1、從安全性、可行性和成本合理上考慮，風力發(fā)電機組仿真測試系統(tǒng)減少了風力發(fā)電機組實測次數(shù)，縮短開發(fā)時間和降低成本的同時提高控制軟件質量，降低風力發(fā)電機組運行風險。
[0017]2、實現(xiàn)系統(tǒng)全面測試，尤其是特殊工況仿真，如50年一遇風況。
[0018]3、能快速驗證控制算法設計的有效性，為機組控制算法驗證、故障診斷提供支持，且成本較低，易于實現(xiàn)和推廣。
[0019]4、復現(xiàn)風力發(fā)電機組在實際運行時產生的故障，為故障處理提供解決方案。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]上述僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段，以下結合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0021]圖1是本發(fā)明一種風力發(fā)電機組仿真測試裝置的模塊組成示意圖。
[0022]圖2是本發(fā)明一種風力發(fā)電機組仿真測試方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0023]風力發(fā)電機組仿真測試系統(tǒng)是在實時處理器中運行仿真模型，模擬被測風力發(fā)電機組的運行狀態(tài)，通過I/o接口與被測的機組控制系統(tǒng)連接，對被測機組控制系統(tǒng)進行全面的、系統(tǒng)的測試。
[0024]參照圖1、圖2所示，本發(fā)明提供一種風力發(fā)電機組仿真測試方法，包括以下步驟:
[0025]A.啟動風力發(fā)電機組仿真測試系統(tǒng)，輸入風況數(shù)據(jù)，建立風況模型，并進入步驟B ;
[0026]B.加載風力發(fā)電機組模型模塊，若加載成功進入步驟C，若加載失敗則直接進入步驟K ;
[0027]C.加載通信模塊，若加載成功進入步驟D，若加載失敗則釋放風力發(fā)電機組模型模塊并進入步驟K;
[0028]D.通過通信模塊連接風力發(fā)電機組主控系統(tǒng)，若連接成功進入步驟E，若連接失敗則依次釋放通信模塊和風力發(fā)電機組模型模塊并進入步驟K ；
[0029]E.讀取風力發(fā)電機組主控系統(tǒng)的主控參數(shù)，若讀取成功進入步驟F，若讀取失敗則進入步驟J ;[0030]F.加載風況模型模塊，若加載成功進入步驟G，若加載失敗則進入步驟J ；
[0031]G.運行風力發(fā)電機組模型模塊，模擬風力發(fā)電機組的運行，根據(jù)風況數(shù)據(jù)調整主控參數(shù)，若運行成功進入步驟H，若運行失敗則進入步驟J ；
[0032]H.模擬完成后，將風力發(fā)電機組模型模塊調整后的主控參數(shù)寫入風力發(fā)電機組主控系統(tǒng)，若寫入成功進入步驟I，若寫入失敗則進入步驟J ;
[0033]1.若未接收到停止仿真信號，主控系統(tǒng)依據(jù)接收的主控參數(shù)控制風力發(fā)電機組運行，觀察并分析風力發(fā)電機組的實際運行情況，若接收到停止仿真信號，則進入步驟J ;
[0034]J.停止風力發(fā)電機組仿真測試系統(tǒng)的運行，斷開與風力發(fā)電機組主控系統(tǒng)的連接、釋放通信模塊和風力發(fā)電機組模型模塊、并進入步驟K ；
[0035]K.退出風力發(fā)電機組仿真測試系統(tǒng)。
[0036]風況模塊生成風況數(shù)據(jù)并提供給風力發(fā)電機組，風況包括起始時間、風速、風向數(shù)據(jù)。這個數(shù)據(jù)既可以使用風場實際采集數(shù)據(jù)；又可以采用設計數(shù)據(jù)。設計數(shù)據(jù)由時間間隔同風速、風向間隔來實現(xiàn)線性變化，如設計一個5分鐘風速由3m/s到25m/s風況，可以在配置文件中設置(0.01，3，O)和(300，25，O)兩組參數(shù)，表示起始時間為0.01s時，風速為3m/s，風向為0° ;從300s開始風速為25m/s，風向也為0° ;這300s內的風速從起始的3m/s上升為25m/s，這樣就實現(xiàn)一個風速線性上升的風況。
[0037]風力發(fā)電機組模型即WTM,是通過 FAST (Fatigue, Aerodynamics, Structures,Turbulence)軟件搭建的風力發(fā)電機組仿真模型，用程序描述風力發(fā)電機組運行參數(shù)和基本幾何尺寸參數(shù)。WTM包含葉片、塔筒、齒箱、發(fā)電機及變流器等部件的主要參數(shù)，如發(fā)電機的功率、并網(wǎng)轉速、額定轉速，葉片的長度、質量、葉尖速比，塔筒的高度、重量，等等。通過在FAST軟件中輸入WTM相關參數(shù)，輸出風力發(fā)電機組模型相關運行參數(shù)文件。WTM通過數(shù)據(jù)接口讀取FAST生成的風力發(fā)電機組相關文件，模擬風力發(fā)電機組運行狀況，根據(jù)接收的風況模塊生成的風況參數(shù)和主控系統(tǒng)發(fā)出的輸出參數(shù)(Output)，控制風力發(fā)電機組模型運行，然后將運行產生的參數(shù)作為主控系統(tǒng)的輸出參數(shù)(Output)。
[0038]主控系統(tǒng)包括控制算法、被控對象輸入給控制算法的輸入?yún)?shù)(Input)和控制算法輸出給被控對象的輸出參數(shù)(Output)。
[0039]本發(fā)明還涉及一種應用上述方法的風力發(fā)電機組仿真測試裝置，包括內置風況模型模塊和風力發(fā)電機組模型模塊的處理器以及與該處理器連接的數(shù)據(jù)通訊模塊。
[0040]數(shù)據(jù)通訊模塊DCM (DataCommunicationModel)主要通過使用PLC提供的外部接口完成數(shù)據(jù)的讀取和寫入工作，實現(xiàn)主控算法和風力發(fā)電機組模型WTM的數(shù)據(jù)交互。一方面讀取主控算法的給定值(如槳距角給定，發(fā)電機轉矩給定等)，將這些給定值輸入給風力發(fā)電機組模型；另一方面將風力發(fā)電機組模型運行產生的相應受控對象參數(shù)(如實際槳距角、發(fā)電機轉速、功率轉矩等)寫入到主控系統(tǒng)。本方案中的數(shù)據(jù)通訊模塊外部接口選用巴合曼PLC提供的MlCom接口。
[0041]本裝置可與風力發(fā)電機組PLC的運行狀態(tài)監(jiān)測模塊、故障分析模塊連接，以實時監(jiān)測、分析仿真過程，也可在本裝置內置故障分析模塊和運行狀態(tài)監(jiān)測模塊，優(yōu)選EDAVM(Error Diagnosis Algorithm Verify Model,故障診斷和算法驗證模塊)及 HMI (HumanMachine Interface)模塊。EDAVM設有Matlab等數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),將錄制的風力發(fā)電機組運行數(shù)據(jù)，通過Matlab展示出控制參數(shù)曲線，便于驗證風力發(fā)電機組控制算法和診斷故障。HMI模塊可及時顯示風力發(fā)電機組實際運行情況，如啟動、等風、發(fā)電、停機及故障等。
[0042]本發(fā)明采用了風力發(fā)電機組仿真測試方法，模擬風電機組的實際運行，驗證控制算法設計的正確性，重現(xiàn)特殊工況下風機的運行情況，尤其是實現(xiàn)故障復現(xiàn)功能。
[0043]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，本領域技術人員利用上述揭示的技術內容做出些許簡單修改、等同變化或修飾，均落在本發(fā)明的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種風力發(fā)電機組仿真測試方法，其特征在于包括以下步驟: A.啟動風力發(fā)電機組仿真測試系統(tǒng)，輸入風況數(shù)據(jù)，建立風況模型，并進入步驟B; B.加載風力發(fā)電機組模型模塊，若加載成功進入步驟C，若加載失敗則直接進入步驟K； C.加載通信模塊，若加載成功進入步驟D，若加載失敗則釋放風力發(fā)電機組模型模塊并進入步驟K ； D.通過通信模塊連接風力發(fā)電機組主控系統(tǒng)，若連接成功進入步驟E，若連接失敗則依次釋放通信模塊和風力發(fā)電機組模型模塊并進入步驟K ； E.讀取風力發(fā)電機組主控系統(tǒng)的主控參數(shù)，若讀取成功進入步驟F，若讀取失敗則進入步驟J ; F.加載風況模型模塊，若加載成功進入步驟G，若加載失敗則進入步驟J； G.運行風力發(fā)電機組模型模塊，模擬風力發(fā)電機組的運行，根據(jù)風況數(shù)據(jù)調整主控參數(shù)，若運行成功進入步驟H，若運行失敗則進入步驟J ； H.模擬完成后，將風力發(fā)電機組模型模塊調整后的運行參數(shù)寫入風力發(fā)電機組主控系統(tǒng)，若寫入成功進入步驟I，若寫入失敗則進入步驟J ; 1.若未接收到停止仿真信號，主控系統(tǒng)依據(jù)接收的主控參數(shù)控制風力發(fā)電機組運行，觀察并分析風力發(fā)電機組的實際運行情況，若接收到停止仿真信號，則進入步驟J ; J.停止風力發(fā)電機組仿真測試系統(tǒng)的運行，斷開與風力發(fā)電機組主控系統(tǒng)的連接、釋放通信模塊和風力發(fā)電機組模型模塊、并進入步驟K ； K.退出風力發(fā)電機組仿真測試系統(tǒng)。
2.根據(jù)權利要求1所述的風力發(fā)電機組仿真測試方法，其特征在于:所述的風況模型的風況數(shù)據(jù)包括起始時間、風速、風向。
3.根據(jù)權利要求1所述的風力發(fā)電機組仿真測試方法，其特征在于:所述的風況模型的風況數(shù)據(jù)來自風場實際采集數(shù)據(jù)，或者采用時間間隔同風速、風向的線性變化數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權利要求1所述的風力發(fā)電機組仿真測試方法，其特征在于:所述的風力發(fā)電機組模型通過FAST軟件搭建。
5.根據(jù)權利要求1所述的風力發(fā)電機組仿真測試方法，其特征在于:所述的主控參數(shù)包括風力發(fā)電機組的葉片、塔筒、齒箱、發(fā)電機及變流器的參數(shù)。
6.一種應用權利要求1-5中任一項所述方法的風力發(fā)電機組仿真測試裝置，其特征在于:包括內置風況模型模塊和風力發(fā)電機組模型模塊的處理器以及與該處理器連接的數(shù)據(jù)通訊模塊。
7.根據(jù)權利要求6所述的風力發(fā)電機組仿真測試裝置，其特征在于:所述的處理器還連接有運行狀態(tài)監(jiān)測模塊。
8.根據(jù)權利要求6所述的風力發(fā)電機組仿真測試裝置，其特征在于:所述的處理器還連接有故障分析模塊。
9.根據(jù)權利要求8所述的風力發(fā)電機組仿真測試裝置，其特征在于:所述的故障分析模塊采用EDAVM。
10.根據(jù)權利要求6所述的風力發(fā)電機組仿真測試裝置，其特征在于:所述的數(shù)據(jù)通訊模塊采用MlCom外部接口。
【文檔編號】G05B23/02GK103439970SQ201310392714
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月2日 優(yōu)先權日:2013年9月2日
【發(fā)明者】張雪松, 李強, 朱蓮, 劉永紅, 王一婧, 紀國瑞 申請人:國電聯(lián)合動力技術有限公司