CN103064412B

CN103064412B - 一种风力发电机组控制装置的在线仿真测控系统及其测试方法

Info

Publication number: CN103064412B
Application number: CN201210583957.4A
Authority: CN
Inventors: 宁琨; 杜明慧; 张广斌; 彭小迪; 郭雅克; 李飞; 曹贝贞
Original assignee: DEC Dongfang Turbine Co Ltd
Current assignee: Dongfang Electric Wind Power Co Ltd
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2032-12-28
Also published as: CN103064412A

Abstract

本发明提供了一种风力发电机组控制装置的仿真测控系统，所述风力发电机组控制装置的仿真测控系统是闭环仿真测控系统，包括：风力发电机组仿真模型存储和运行装置，编制、存储并运行风力发电机组的仿真模型测试用例；风力发电机组控制装置，对不同的仿真事件作出反应；监控装置，实时监测风力发电机组控制装置的运行情况；在线仿真测控装置，调用风力发电机组仿真模型存储和运行装置中的风力发电机组的仿真模型测试用例运行；对仿真测试单元、风力发电机组仿真模型存储和运行装置、监控装置和风力发电机组控制装置的进行实时控制。本发明功能全面、实时仿真测控，实现对控制系统全面的测控，从而保证风力发电机组控制装置的可靠性、正确性。

Description

一种风力发电机组控制装置的在线仿真测控系统及其测试方法

技术领域

本发明属于新能源与测控技术领域，提供了一种风力发电机控制系统的测控系统，该测控系统可以在研发室实现对所有提供特定通讯接口的风力发电机组控制装置软件和功能的全面测控。

背景技术

发展清洁和绿色能源，是人类社会实现可持续健康发展的本质要求。风力发电作为一种利用清洁绿色能源的方式，日益受到人们的关注和重视。而在风力发电机组中，控制系统相当于风力发电机的“大脑”，在保障风力发电机组运行稳定、安全、高效上起着举足轻重的作用。

但是，就控制系统而言，尚没有一个完备的测控手段，大多数供应商提供的的控制系统未经系统性验证就直接投运，存在着很大的风险，而且给现场调试及运行也带来很大困难，并影响风机整体性能。也有部分厂家通过半实物仿真的形式实现了控制系统某个部件的测控，但还没有一个完备的方案对整个控制系统进行测控。随着各种新机型和新设备的相继出台，如何保证风力发电机组整体设计和实施的高效性、可靠性、正确性和统一性已成为目前非常严峻的问题。从而设计一种功能完备的风力发电机组控制装置的测控系统就显得十分必要。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种风力发电机组控制装置的在线仿真测控系统及其测试方法，仿真构建了风力发电机组模型，自主开发了控制系统测控用例和在线测控软件。

本发明的所采用的技术方案如下：

一种风力发电机组控制装置的仿真测控系统，所述风力发电机组控制装置的仿真测控系统是闭环仿真测控系统，包括通讯网络连接的风力发电机组控制装置、风力发电机组仿真模型存储和运行装置、监控装置和在线仿真测控装置；其中：

风力发电机组仿真模型存储和运行装置，编制、存储并运行风力发电机组的仿真模型测试用例，仿真建立风力发电机组的联合整机模型、控制原理、外围环境和重要元器件的动作，并将上述仿真信号发送至风力发电机组控制装置；

风力发电机组控制装置，对不同的仿真事件作出反应，并向监控装置和在线仿真测控装置发送实时状态信号；

监控装置，实时监测风力发电机组控制装置的运行情况，并向风力发电机组控制装置和在线仿真测控装置发送监测信号；

在线仿真测控装置，包括人机交互单元、在线测试控单元和仿真测试单元；仿真测试单元调用风力发电机组仿真模型存储和运行装置中的风力发电机组的仿真模型测试用例运行；在线测试控单元对仿真测试单元、风力发电机组仿真模型存储和运行装置、监控装置和风力发电机组控制装置的进行实时控制；人机交互单元显示在线测试单元和仿真测控单元的运行情况，并修改在线测试单元和仿真测控单元的运行参数。

所述通讯网络是以太网。

风力发电机组控制装置的仿真测控系统的测试方法，包括以下具体步骤：

1）风力发电机组控制装置、风力发电机组仿真模型存储和运行装置、监控装置和在线仿真测控装置相互连接、调试完毕；

2）在线仿真测控装置的仿真测控单元运行，访问并读取风力发电机组仿真模型存储和运行装置中的仿真模型测试用例、并将其显示在人机交互单元上；

3）通过人机交互单元选用步骤2）获得的仿真模型测试用例，仿真测控单元对风力发电机组仿真模型存储和运行装置下达运行指令，使得被选取的仿真模型测试用例运行；

4）风力发电机组控制装置接收到风力发电机组仿真模型存储和运行装置发出的仿真信号、对其作出相应的控制动作，并向在线仿真测控装置和仿真测控单元发送实时状态信号；

5）人机交互单元显示风力发电机组控制装置的实时状态信号。

所述步骤4）中，监控装置实时监测风力发电机组控制装置的运行情况，并将其监控信号发送至在线仿真测控装置，在线仿真测控装置通过人机交互单元显示该监测信号；如果风力发电机组控制装置的运行出现故障，监控装置向风力发电机组控制装置和在线仿真测控装置发出故障处理信号。

所述步骤1）～4）中的任一步骤中，可以通过在线测试控单元实时修改仿真测试单元、风力发电机组仿真模型存储和运行装置、监控装置和风力发电机组控制装置中任意一个或组合的运行参数，具体步骤如下：

a）在线测试控单元运行，访问并读取上述单元或系统、并将其运行参数显示在人机交互单元上；

b）通过人机交互单元选择并修改步骤1）显示的运行参数；

c）在线测试控单元运算单元判断步骤b）修改的运行参数的是否符合要求，如不符合返回步骤a）；

d）在线测试控单元向相应的单元或系统发送修改参数的命令，将原运行参数修改为步骤b）修改后的运行参数；

e）相应的单元或系统运算判断修改后的运行参数是否符合要求，如不符合返回步骤a）；

f）相应的单元或系统的运行参数修改完成，继续风力发电机组控制装置的仿真测控流程。

本发明的所产生的有益效果是：

本发明的风力发电机组控制装置的在线仿真测控系统及其测试方法，可以在研发室内实现风力发电机控制装置中的风力发电机组主控制程序的、功能全面的实时仿真测控。风力发电机组控制装置的在线仿真测控系统，自主建立风力发电机组模型、风机运行行为模型、外界环境模型等，实现仿真大型风力发电机组现场运行环境、运行行为、机组重要元器件原理、机组控制原理等，并可以在仿真测试过程中对模型数据进行二次处理。本发明自主开发了控制系统测控用例和在线测控软件，实现对控制系统全面的测控，从而保证风力发电机组控制装置的可靠性、正确性。

附图说明

图1为本发明风力发电机组控制装置的测控系统原理图；

图2为本发明风力发电机组控制装置的在线测试单元的系统原理图；

图3为本发明风力发电机组控制装置的在线测试单元的工作流程图；

图中标号表示：1-风力发电机组仿真模型存储和运行装置、2-监控装置、3-在线仿真测控装置、4-风力发电机组控制装置，M1-风力发电机组整机模型、M2-风力发电机组控制装置控制原理模型、M3-风力发电机组传感器响应模型、M4-风力发电机组运行环境模型、M5-风力发电机组控制装置测控用例、TS-在线测控软件。

具体实施方式

如图1～3所示，本发明属于新能源与测控技术领域，提供了一种风力发电机组控制装置的仿真测控系统及其测控方法。风它可以在研发室实现风力发电机控制系统软件和功能全面、实时测控。力发电机组控制装置的仿真测控系统是一种闭环仿真在线测控系统，包括通讯网络、风力发电机组控制装置4、风力发电机组仿真模型存储和运行装置1、监控装置2和在线仿真测控装置3。其中：

风力发电机组控制装置4、风力发电机组仿真模型存储和运行装置1、监控装置2和在线仿真测控装置3内均设置有通讯单元，上述装置通过通讯网络相互连接、交换数据。该通讯网络是以太网，通过自定义协议实现上述装置之间相互通讯、数据实时传输。

-风力发电机组仿真模型存储和运行装置1，是本系统的核心组成部分，编制、存储并运行风力发电机组的联合仿真模型和风力发电机组测控用例等。风力发电机组仿真模型存储和运行装置1仿真建立风力发电机组的联合整机模型、控制原理、外围环境和重要元器件的动作，并将上述仿真信号发送至风力发电机组控制装置4。风力发电机组仿真模型存储和运行装置1是一台高性能计算机，即风力发电机组仿真模型存储和运行计算机，该计算机运行着风力发电机组仿真模型编制、存储和运行程序，其中风力发电机组仿真模型包括：风力发电机组整机模型M1、风力发电机组控制装置控制原理M2、风力发电机组传感器响应模型M3、风力发电机组运行环境模型M4和风力发电机组控制装置测控用例M5。

-风力发电机组仿真模型存储和运行装置1上运行的风力发电机组整机模型M1包括：叶片模型、传动链部件模型、塔筒模型、发电机模型、变频器模型、水冷系统模型、刹车系统模型、偏航系统模型、润滑系统模型等；风力发电机组控制装置控制原理M2包括：主控系统原理模型和变桨系统原理模型等；风力发电机组传感器响应模型M3包括：速度传感器响应模型、温度传感器响应模型、电量传感器响应模型、风速仪风向标响应模型、保护传感器响应模型等；风力发电机组运行环境模型M4包括：风速模型、风向模型、温度模型、空气特征模型等，形成完整的可运行的风力发电机组和环境的联合仿真模型。

同时，根据自主开发的风力发电机控制系统测控标准，在风力发电机组仿真模型存储和运行装置1编制、存储和运行风力发电机组控制装置测控用例M5，可以通过仿真界面直观的观察到实时数据的变化。

-风力发电机组控制装置4，是风力发电机组控制器PLC，该风力发电机组控制器PLC运行风力发电机组主控制程序，对不同的仿真事件作出反应，并向监控装置2和在线仿真测控装置3发送实时状态信号。风力发电机组控制装置，对风力发电机组主控制程序进行略微的优化和建立通讯接口，满足与仿真测控系统内其他装置进行实时通讯和在线实时闭环仿真。

监控装置2，是一台普通计算机，即监控计算机，在监控计算机上运行风力发电机组控制装置的仿真测控系统的监控程序，实时监测风力发电机组控制装置4的运行情况，并向风力发电机组控制装置4和在线仿真测控装置3发送监测信号。

-在线仿真测控装置3，在线仿真测控计算机包括人机交互单元、在线测试控单元和仿真测试单元。在线仿真测控装置3是一台普通计算机，即在线仿真测控计算机，包括计算机输入设备（如键盘、触摸屏等）、计算机输出设备（如显示屏等），计算机内部存储有仿真测试程序和在线测控程序TS。仿真测试单元（仿真测试程序）调用风力发电机组仿真模型存储和运行装置1中的风力发电机组的仿真模型测试用例运行。在线测试控单元（在线测控程序TS）对仿真测试单元、风力发电机组仿真模型存储和运行装置1（风力发电机组仿真模型编制、存储和运行程序）、监控装置2（监控程序）和风力发电机组控制装置4（风力发电机组主控制程序）的进行实时控制。人机交互单元中，计算机输出设备（如显示屏等）显示在线测试单元和仿真测控单元的运行情况，并通过计算机输入设备（如键盘、触摸屏等）修改在线测试单元和仿真测控单元的运行参数。

-风力发电机组控制装置4运行风力发电机组主控制程序，风力发电机组控制装置4由其通讯单元提供特定通讯接口，通过以太网与风力发电机组仿真模型存储和运行装置1（风力发电机组仿真模型存储和运行计算机）、监控装置2（监控计算机）和在线仿真测控装置3（在线仿真测控计算机）进行实时数据交互，从而构成一个闭环仿真系统。

通过在线仿真测控装置3的在线测试控单元（在线测控程序TS），可以在仿真测试单元（仿真测试程序）运行时、即仿真测试过程中进行人为干预，实现对所有数据的在线实时更改功能，从而实现更全面的测试。比如：手动调节风力发电机组控制装置4中的测试流程，人为控制风力发电机组仿真模型存储和运行装置1中的仿真进程、从而方便的模拟各种极端工况，或者对监控装置2下达不同指令。本发明通过在线测控程序TS、仿真测试程序和风力发电机组控制装置测控用例M5的组合使用，达到对风力发电机组控制装置全逻辑、全功能的仿真测控目的。

风力发电机组控制装置的仿真测控系统的测试方法，即仿真测试单元（仿真测试程序）的工作流程，包括以下具体步骤：

1) 风力发电机组控制装置4、风力发电机组仿真模型存储和运行装置1、监控装置2和在线仿真测控装置3相互连接、调试完毕。

2) 在线仿真测控装置3的仿真测控单元运行，访问并读取风力发电机组仿真模型存储和运行装置1中的仿真模型测试用例、并将其显示在人机交互单元上。

3) 通过人机交互单元选用步骤2）获得的仿真模型测试用例，仿真测控单元对风力发电机组仿真模型存储和运行装置1下达运行指令，使得被选取的仿真模型测试用例运行。

4) 风力发电机组控制装置4接收到风力发电机组仿真模型存储和运行装置1发出的仿真信号、对其作出相应的控制动作，并向在线仿真测控装置3和监控装置2发送实时状态信号。监控装置2实时监测风力发电机组控制装置4的运行情况，并将其监控信号发送至在线仿真测控装置3，在线仿真测控装置3通过人机交互单元显示该监测信号。如果风力发电机组控制装置4的运行出现故障，监控装置2向风力发电机组控制装置4和在线仿真测控装置3发出故障处理信号。

5）人机交互单元显示风力发电机组控制装置4的实时状态信号。

步骤1）～4）中的任一步骤中，可以通过在线测试控单元实时修改仿真测试单元、风力发电机组仿真模型存储和运行装置1、监控装置2和风力发电机组控制装置4中任意一个或组合的运行参数，即在线测试控单元（在线测控程序TS）的工作流程，具体步骤如下：

a) 在线测试控单元运行，访问并读取上述单元或系统、并将其运行参数显示在人机交互单元上。

b) 通过人机交互单元选择并修改步骤1）显示的运行参数。

c) 在线测试控单元运算单元判断步骤b）修改的运行参数的是否符合要求，如不符合返回步骤a）。

d) 在线测试控单元向相应的单元或系统发送修改参数的命令，将原运行参数修改为步骤b）修改后的运行参数。

e) 相应的单元或系统运算判断修改后的运行参数是否符合要求，如不符合返回步骤a）。

f) 相应的单元或系统的运行参数修改完成，继续风力发电机组控制装置4的仿真测控流程。

具体的，在线测控软件TS可在风力发电机组控制装置的仿真测控过程中、实时更改风力发电机组整机模型M1、风力发电机组控制系统控制原理模型M2、风力发电机组传感器响应模型M3、风力发电机组运行环境模型M4、风力发电机组控制系统测控用例M5和风力发电机组控制装置4上的所有通讯数据。

上述，仿真测试程序为本发明风力发电机组控制装置的在线仿真测控系统及其测试方法的测试主程序，负责整个系统的测试流程。在线测控程序TS，主要完成数据的实时显示、手动修改数据及手动控制仿真流程等功能。如图3所示，当在线测控程序TS监测到手动修改操作后，判断数据格式是否附合要求；如果附合要求，则发送给仿真测试程序（测试主程序），由仿真测试程序进行数据修改等处理。

Claims

1. 一种风力发电机组控制装置的仿真测控系统的测试方法，其特征在于：所述风力发电机组控制装置的仿真测控系统是闭环仿真测控系统，包括通讯网络连接的风力发电机组控制装置、风力发电机组仿真模型存储和运行装置、监控装置和在线仿真测控装置；其中：

在线仿真测控装置，包括人机交互单元、在线测试控单元和仿真测试单元；仿真测试单元调用风力发电机组仿真模型存储和运行装置中的风力发电机组的仿真模型测试用例运行；在线测试控单元对仿真测试单元、风力发电机组仿真模型存储和运行装置、监控装置和风力发电机组控制装置的进行实时控制；人机交互单元显示在线测试单元和仿真测控单元的运行情况，并修改在线测试单元和仿真测控单元的运行参数；

所述风力发电机组控制装置的仿真测控系统的测试方法包括以下具体步骤：

5）人机交互单元显示风力发电机组控制装置的实时状态信号；

a)在线测试控单元运行，访问并读取上述单元或系统、并将其运行参数显示在人机交互单元上；

b)通过人机交互单元选择并修改步骤a）显示的运行参数；

c)在线测试控单元运算单元判断步骤b）修改的运行参数的是否符合要求，如不符合返回步骤a）；

d)在线测试控单元向相应的单元或系统发送修改参数的命令，将原运行参数修改为步骤b）修改后的运行参数；

e)相应的单元或系统运算判断修改后的运行参数是否符合要求，如不符合返回步骤a）；

f)相应的单元或系统的运行参数修改完成，继续风力发电机组控制装置的仿真测控流程。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组控制装置的仿真测控系统的测试方法，其特征在于：所述通讯网络是以太网。

3.根据权利要求1所述的风力发电机组控制装置的仿真测控系统的测试方法，其特征在于：所述步骤4）中，监控装置实时监测风力发电机组控制装置的运行情况，并将其监控信号发送至在线仿真测控装置，在线仿真测控装置通过人机交互单元显示该监测信号；如果风力发电机组控制装置的运行出现故障，监控装置向风力发电机组控制装置和在线仿真测控装置发出故障处理信号。