CN103676663A

CN103676663A - 一种风电机组联合仿真系统通信接口实现方法

Info

Publication number: CN103676663A
Application number: CN201310431660.0A
Authority: CN
Inventors: 唐建芳; 王莹莹; 李庆; 秦世耀; 邵文昌; 贺敬; 张梅; 张利; 张元栋; 陈子瑜
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd; China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI; CLP Puri Zhangbei Wind Power Research and Test Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd; China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI; CLP Puri Zhangbei Wind Power Research and Test Ltd
Priority date: 2013-09-22
Filing date: 2013-09-22
Publication date: 2014-03-26

Abstract

本发明涉及一种风电机组联合仿真系统通信接口实现方法，所述方法包括：（1）设置Bladed及MATLAB仿真时间；（2）启动Bladed稳态仿真后，启动Bladed暂态仿真；（3）启动MATLAB仿真；（4）通信握手；（5）数据交互；（6）断开机械模型与电气模型之间基于UDP协议的通信连接。本发明通过建立UDP Socket通信，将在Bladed平台中建立的风电机组机械模型和在MATLAB平台中建立的电气模型统一起来，利用了两个软件各自的优势，仿真结果更加接近实际风电机组运行结果。机械模型与电气模型之间的数据传输采用UDP网络传输协议，通信速度快，实时性高，对系统资源的要求较少，满足仿真速度的要求，且程序结构比较简单。

Description

一种风电机组联合仿真系统通信接口实现方法

技术领域

本发明属于新能源风力发电领域，具体讲涉及一种风电机组联合仿真系统通信接口实现方法。

背景技术

根据国家能源局（2010）433号文《风电机组并网检测管理暂行办法》要求，只有通过并网性能检测的风电机组方可并网运行。同一型号的风电机组只需检测其中一台，发电机、变流器、主控制系统、变桨控制系统和叶片等影响并网性能的技术参数发生变化的风电机组视为不同型号，需要重新检测。而我国风电机组制造商多，风电机组型号配置比较灵活，对风电机组低电压穿越检测工作带来了巨大的压力。《风电机组低电压穿越能力一致性评估方法（暂行）》的实施，缓解了风电机组更换部件后重新检测的压力，对同型号风电机组可采用模型校验和仿真的方式分析风电机组低电压穿越性能。

目前，风电机组的建模仿真基本都在单一软件平台上进行。GH Bladed软件和MATLAB软件是常用的风电机组建模仿真工具，Bladed的优势在于对风机叶片、传动链等机械部件的建模、分析和计算，且多为风机设计所用，因此可保证风机模型与实际风机的高度一致性。MATLAB软件广泛用于目前风电机组的低电压穿越模型的建模。如果能利用两个软件各自的优势，在Bladed平台建立风电机组机械模型，在MATLAB平台建立风电机组电气模型，进行联合仿真，运行结果将会更加真实地反应风电机组的特性。要实现联合仿真技术，首先要解决的问题就是不同软件平台之间的通信问题。目前急需提供一种切实可行的通信方法实现风电机组联合仿真技术。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种风电机组联合仿真系统通信接口实现方法，实现用于联合仿真的两个仿真平台的同步运行。联合仿真中，风电机组的机械模型在GH Bladed软件平台中搭建，电气模型在MATLAB软件平台中搭建，通过基于UDP协议的Windows Socket接口，以阻塞的通信方式进行风电机组的机械模型与电气模型之间的数据交互。通信接口以动态链接库的形式被模型调用，UDP通信速度快，对系统资源的要求较少，且程序结构比较简单。另外，两模型不局限于在同一台电脑上运行。本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种风电机组联合仿真系统通信接口实现方法，其改进之处于，所述方法包括：

（1）设置Bladed及MATLAB仿真时间；

（2）启动Bladed稳态仿真后，启动Bladed暂态仿真；

（3）启动MATLAB仿真；

（4）通信握手；

（5）数据交互；

（6）断开机械模型与电气模型之间基于UDP协议的通信连接。

优选的，所述步骤（4）通信握手过程机械模型作为接收端，电气模型作为发送端。

优选的，所述步骤（4）包括

（4.1）检查系统协议栈的安装；

（4.2）创建套接字；

（4.3）将套接字绑定到指定地址与端口；

（4.4）电气模型发送数据报文到机械模型的预设端口，接收端收到来自发送端的连接数据报文后，回发连接数据报文到发送端，发送端收到来自接收端的连接数据报文后，通信连接握手过程完成。

优选的，所述步骤（5）包括

（5.1）机械模型传输数据至电气模型；

（5.2）电气模型得到数据进行仿真；

（5.3）电气模型反馈仿真结果，将实际数据发送到机械模型；

（5.4）机械模型得到数据反馈，进行下一周期仿真。

优选的，所述步骤（6）包括

关闭套接字，将相应的名字信息及数据队列释放；

结束Winsock API的使用，释放为应用程序分配的资源。

进一步地，所述步骤（4.1）包括检查系统协议栈的安装情况，完成对Winsock服务的初始化；

所述步骤（4.2）根据指定的地址族、数据类型和协议创建套接字。

进一步地，接收到的数据报文进行有效性检验，数据报文无效时，通信握手失败，报出错信息，Bladed进入自由运行状态。

进一步地，所述当前周期接收、发送序列号不一致，则数据无效，Bladed进入自由运行状态；接收、发送序列号一致，则数据有效，进行联合仿真计算。

进一步地，所述发送端和接收端的每个数据报文均封装协议头，用于传输数据信息正确性的判断。

进一步地，所述封装协议头包括通信标识ID和数据长度。

与现有技术比，本发明的有益效果为：

通过建立UDP Socket通信，将在Bladed平台中建立的风电机组机械模型和在MATLAB平台中建立的电气模型统一起来，利用了两个软件各自的优势，仿真结果更加接近实际风电机组运行结果。

机械模型与电气模型之间的数据传输采用UDP网络传输协议，通信速度快，实时性高，对系统资源的要求较少，满足仿真速度的要求，且程序结构比较简单。

风电机组联合仿真交互数据有效性识别方法包括通信标识ID识别及数据包序列号判断，确保了参与联合仿真运行数据的正确性，保证了联合仿真结果的真实有效。

附图说明

图1为本发明提供的一种风电机组联合仿真系统通信接口结构图。

图2为本发明提供的一种风电机组联合仿真系统通信接口实现方法基于UDP协议的Socket编程流程图。

图3为本发明提供的一种风电机组联合仿真系统通信接口实现方法接收数据识别流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明一种风电机组联合仿真系统通信接口实现方法通过基于UDP协议的阻塞式Socket通信，完成在不同软件平台上建立的风电机组机械模型与电气模型之间的信息通讯。通信接口实现机械模型与电气模型之间仿真计算数据的交互和仿真时间的同步。

联合仿真时首先启动基于Bladed平台的机械模型仿真，Bladed初始化完成后，再启动基于MATLAB平台的电气模型仿真，否则将判定为联合仿真握手通信超时。具体流程如下：

1、通信握手过程：首先检查系统协议栈的安装情况，完成对Winsock服务的初始化；再根据指定的地址族、数据类型和协议创建套接字，其中使用协议为UDP；然后将创建的套接字绑定到一个本地地址和端口上。通信握手过程机械模型作为接收端，电气模型作为发送端。发送端发送数据报文到接收端的预设UDP端口，接收端成功收到来自发送端的连接数据报文后，回发连接数据报文到发送端，发送端成功收到来自接收端的连接数据报文后，通信连接握手过程完成。其中，接收到的数据报文进行有效性检验，数据报文无效时，通信握手失败。

2、数据交互过程：成功建立机械模型与电气模型之间的通信连接后，开始联合仿真运行。在联合仿真有效时间内，机械模型设置转矩与发电机转速，发送到电气模型。电气模型得到转矩与转速指令，进行仿真。电气模型反馈仿真结果，将实际转矩与实际功率发送到机械模型，等待机械模型给出指令。机械模型得到转矩与功率反馈，进行下一步仿真并将结果传递给电气模型。如此循环下去，直到仿真时间结束。

3、断开机械模型与电气模型之间基于UDP协议的通信连接：关闭套接字，将相应的名字信息及数据队列释放；结束Winsock API的使用，释放为应用程序分配的资源。

如图2所述，为本发明基于UDP协议的Socket编程流程图。

在通信握手阶段，若成功建立了机械模型与电气模型之间的通信连接，则进行联合仿真运行。若未能成功建立机械模型与电气模型之间的通信连接，Bladed平台进入自由运行状态，直到仿真时间结束，仿真结果无效。

发送端和接收端的每个数据报文均封装协议头，用于传输数据信息正确性的判断。封装的协议头包括：通信标识ID、数据长度。

接收数据识别具体流程如图3所示，当接收到数据报文后进行标识识别，对识别不通过的数据丢弃处理，中断机械模型与电气模型之间的通信连接，Bladed平台进入自由运行状态，直到仿真时间结束，仿真结果无效。如果通过标识识别，则将原始数据从接收数据缓冲区取出，用于下一步的数据处理。机械模型与电气模型之间的通信数据包结构中包含一序列号变量，如果读取数据的序列号与发送数据的序列号不一致，则读取的数据无效，Bladed平台进入自由运行状态。如果读取数据的序列号与发送数据的序列号一致，则读取的数据有效，进行联合仿真计算。下一周期数据传输时将数据包序列号加1，用于下一周期的数据有效性检验。

本专利中使用的编程和编译环境是VS6.0，将由C编写的源代码编译即可得到DLL文件。在搭建Bladed环境时，将Bladed的Generator设置成外部DLL模式即ExternalDLL，并将动态链接库地址修改为DLL文件的绝对路径。Bladed仿真结束后，可通过工具条上的Data View图标打开Graph Parameters页面查看仿真结果。

MATLAB平台Socket通信模块接收来自Bladed的转矩指令和发电机转速信息，经过仿真计算后将有功功率反馈、无功功率反馈及LVRT状态标志位回发给Bladed平台。MATLAB仿真结果存储在Workspace中，仿真结束后自动保存为*.mat文件，用于后续数据的分析处理。

本专利中所涉及的基于Bladed平台的机械模型与基于MATLAB平台的电气模型可以运行在同一台电脑上，也可以运行在不同的电脑上，通过网络交换数据，实现联合仿真运行。

实施例

在本实施例中，Bladed软件平台与MATLAB软件平台运行在同一台电脑上。启动Bladed和MATLAB运行环境，加载相应的仿真工程。其中，基于Bladed平台的风电机组机械模型包括风机气动模型、主控系统、传动链系统和发电机机械部分；基于MATLAB平台的电气模型包括电网模型、故障模拟装置、变流器和发电机电气部分。

通过基于UDP协议的Windows Socket通信接口将机械模型和电气模型统一起来。通信接口以调用动态链接库的方式实现，将由C语言编写的源代码编译即可得到DLL文件。在搭建Bladed环境时，将Bladed的Generator设置成外部DLL模式即ExternalDLL，并将动态链接库地址修改为DLL文件的绝对路径。

联合仿真步骤如下：

1、运行仿真前设置Bladed及MATLAB下仿真时间，控制仿真时长。

2、首先启动Bladed稳态仿真，无误后，启动Bladed暂态仿真，在出现的选择界面中设置仿真结果保存路径，设置完成后开始仿真运行。

3、Bladed初始化完成后，启动MATLAB仿真，否则将判定为联合仿真握手通信超时。

通信握手过程如下：

（3.1）首先检查系统协议的安装情况，完成对Winsock服务的初始化；

（3.2）创建套接字，指定通信协议类型为UDP；

（3.3）将创建的套接字绑定到本地地址127.0.0.1及端口5001上。

（3.4）电气模型发送数据报文到机械模型的预设端口，接收端成功收到来自发送端的连接数据报文后，回发连接数据报文到发送端，发送端成功收到来自接收端的连接数据报文后，通信连接握手过程完成。其中，接收到的数据报文进行有效性检验，数据报文无效时，通信握手失败，报出错信息，Bladed进入自由运行状态。

4、机械模型与电气模型通信握手成功后，开始联合仿真运行，进行数据交互。

发送端和接收端的每个数据报文均封装协议头，用于传输报文正确性的判断。封装的协议头包括：通信标识ID、数据长度。接收端收到数据报文后，检验通信标识ID，对识别不通过的数据丢弃处理，Bladed进入自由运行状态，仿真结果无效。如果通过标识识别，则将原始数据从接收数据缓冲区取出，用于下一步的数据处理。

机械模型传输的数据包结构包括序列号、转矩指令、发电机转速、仿真时间。电气模型传输的数据包结构包括序列号、转矩反馈、有功无功反馈、低电压穿越标志。若当前周期两序列号不一致，则数据无效，Bladed进入自由运行状态。若两序列号一致，则数据有效，进行联合仿真计算。下一周期数据传输时将数据包序列号+1，用于下一周期数据有效性的检验。

5、等待仿真结束，断开机械模型与电气模型之间的通信连接，关闭套接字，结束Winsock API的使用，释放资源。查看仿真结果。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种风电机组联合仿真系统通信接口实现方法，其特征在于，所述方法包括：

（1）设置Bladed及MATLAB仿真时间；

（2）启动Bladed稳态仿真后，启动Bladed暂态仿真；

（3）启动MATLAB仿真；

（4）通信握手；

（5）数据交互；

（6）断开机械模型与电气模型之间基于UDP协议的通信连接。

2.如权利要求1所述的一种风电机组联合仿真系统通信接口实现方法，其特征在于，所述步骤（4）通信握手过程机械模型作为接收端，电气模型作为发送端。

3.如权利要求1所述的一种风电机组联合仿真系统通信接口实现方法，其特征在于，所述步骤（4）包括

（4.1）检查系统协议栈的安装；

（4.2）创建套接字；

（4.3）将套接字绑定到指定地址与端口；

4.如权利要求1所述的一种风电机组联合仿真系统通信接口实现方法，其特征在于，所述步骤（5）包括

（5.1）机械模型传输数据至电气模型；

（5.2）电气模型得到数据进行仿真；

（5.4）机械模型得到数据反馈，进行下一周期仿真。

5.如权利要求1所述的一种风电机组联合仿真系统通信接口实现方法，其特征在于，所述步骤（6）包括

关闭套接字，将相应的名字信息及数据队列释放；

结束Winsock API的使用，释放为应用程序分配的资源。

6.如权利要求3所述的一种风电机组联合仿真系统通信接口实现方法，其特征在于，所述步骤（4.1）包括检查系统协议栈的安装情况，完成对Winsock服务的初始化；

7.如权利要求3所述的一种风电机组联合仿真系统通信接口实现方法，其特征在于，接收到的数据报文进行有效性检验，数据报文无效时，通信握手失败，报出错信息，Bladed进入自由运行状态。

8.如权利要求4所述的一种风电机组联合仿真系统通信接口实现方法，其特征在于，所述当前周期接收、发送序列号不一致，则数据无效，Bladed进入自由运行状态；接收、发送序列号一致，则数据有效，进行联合仿真计算。

9.如权利要求3所述的一种风电机组联合仿真系统通信接口实现方法，其特征在于，所述发送端和接收端的每个数据报文均封装协议头，用于传输数据信息正确性的判断。

10.如权利要求9所述的一种风电机组联合仿真系统通信接口实现方法，其特征在于，所述封装协议头包括通信标识ID和数据长度。