CN109538415B - 虚拟风机和虚拟风电场 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种虚拟风机和虚拟风电场。该虚拟风机包括:信道生成模块,用于解析与风机主控制器中变量表关联的配置文件,为变量表中的每个变量生成一个信道;数据输入接口,用于分信道读取外部设备发送的风力发电机机组历史工况数据;变量赋值模块,用于对历史工况数据进行变量赋值,生成模拟用风机工况数据。采用本发明实施例中的虚拟风机,能够代替现场风机向待测风电场集群控制系统提供模拟用风机工况数据。

Description

虚拟风机和虚拟风电场
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域,尤其涉及一种虚拟风机和虚拟风电场。
背景技术
为管理风电场的运行情况,风电场中设置有风电场集群控制系统,风电场集群控制系统与风电场中的各风力发电机组通讯,通过分析风力发电机组的运行工况数据实现对风力发电机组进行监测和控制。
通常,风电场集群控制系统开发完成后需要进行压力测试,但是,由于实验室设备数量有限,比如,有些风电场安装了200台风力发电机组,实验室不可能为配置200台风机主控制器PLC来完成风电场集群控制系统的压力测试,因此,如何搭建虚拟风机,以代替现场风机向待测风电场集群控制系统提供模拟用风机工况数据,成为急需要解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种虚拟风机和虚拟风电场,能够代替现场风机向待测风电场集群控制系统提供模拟用风机工况数据。
第一方面,本发明实施例提供一种虚拟风机,该虚拟风机包括:
信道生成模块,用于解析与风机主控制器中变量表关联的配置文件,为变量表中的每个变量生成一个信道;
数据输入接口,用于分信道读取外部设备发送的风力发电机机组历史工况数据;
变量赋值模块,用于对历史工况数据进行变量赋值,生成模拟用风机工况数据。
在第一方面的一种可能的实施方式中,信道的属性包括以下属性中的一个或者多个:数据类型、数据长度、数据描述、网络地址和可读写权限。
在第一方面的一种可能的实施方式中,该虚拟风机还包括:数据访问接口,用于响应于外部设备发出的数据推送请求,根据第二预设推送频率将模拟用工况数据推送至外部设备;或者,当监测到模拟用工况数据的当前值较上一时刻值发生变化时,将当前值推送至外部设备。
在第一方面的一种可能的实施方式中,该虚拟风机还包括:命令执行模块,用于响应于外部设备发出的风机控制命令,基于预设的风机控制算法执行风机控制命令。
在第一方面的一种可能的实施方式中,信道生成模块,用于基于OPC UA通信协议解析与风机主控制器中变量表关联的配置文件,为变量表中的每个变量生成一个信道;数据输入接口,用于基于OPC UA通信协议分信道读取外部设备发送的风力发电机机组历史工况数据。
第二方面,本发明实施例提供一种虚拟风电场,该虚拟风电场包括:
风电场数据库,用于存储风电场内各风力发电机组的历史工况数据;
数据传输模块,用于从风电场数据库中读取满足预设条件的历史工况数据,并将所读取的历史工况数据分发至对应的虚拟风机;
多个如上所述的虚拟风机,用于对接收到的历史工况数据进行变量赋值,生成模拟用风机工况数据;
风电场集群控制系统,与多个虚拟风机连接,用于基于多个虚拟风机的模拟用风机工况数据,进行系统仿真测试。
在第一方面的一种可能的实施方式中,风电场集群控制系统还用于,分别向多个虚拟风机发送数据推送请求;虚拟风机,还用于响应于数据推送请求,根据预设推送频率将模拟用工况数据推送至风电场集群控制系统;或者,当监测到模拟用工况数据的当前值较上一时刻值发生变化时,将当前值推送至风电场集群控制系统。
在第一方面的一种可能的实施方式中,风电场集群控制系统还用于,分别向多个虚拟风机发出风机控制命令;虚拟风机,还用于基于预设的风机控制算法,执行风机控制命令。
在第一方面的一种可能的实施方式中,虚拟风电场给还包括风电场数据采集模块,用于采集风电场内各风力发电机组的历史工况数据,并将历史工况数据分类存储至风电场数据库中。
在第一方面的一种可能的实施方式中,多个虚拟风机部署于多台服务器上,且部署于同一服务器上的多个虚拟风机具有不同端口。
如上所述,本发明实施例中通过信道生成模块解析与风机主控制器中变量表关联的配置文件,并为变量表中的每个变量生成一个信道;通过数据输入接口分信道读取外部设备发送的风力发电机机组历史工况数据;并通过变量赋值模块对历史工况数据进行变量赋值,生成了模拟用风机工况数据,实现了对风力发电机组现场工况数据的获取过程的模拟,从而能够代替现场风力发电机组,向待测风电场集群控制系统提供模拟用风机工况数据,具有成本低、可操作性强的优点。
附图说明
从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明,其中,相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
图1为本发明一个实施例提供的虚拟风机的结构示意图;
图2为本发明另一实施例提供的虚拟风机的结构示意图;
图3为本发明又一实施例提供的虚拟风机的结构示意图;
图4为本发明实施例提供虚拟风电场的结构示意图;
图5为本发明实施例提供的风电场数据采集与存储逻辑架构图;
图6为本发明实施例提供的虚拟风机配置示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述,其中,提出了许多具体细节,以便提供对本发明的全面理解。
考虑到风电场集群控制系统开发完成后需要进行压力测试,本发明实施例提供一种虚拟风机,能够代替现场风力发电机组向待测风电场集群控制系统提供模拟用风机工况数据,且具有成本低、可操作性强的优点。
图1为本发明一个实施例提供的虚拟风机的结构示意图。如图1所示,该虚拟风机包括:信道生成模块101、数据输入接口102和变量赋值模块103。
其中,信道生成模块101用于解析与风机主控制器中变量表关联的配置文件,为变量表中的每个变量生成一个信道。
具体地,信道生成模块101可以引用风机主控制器PLC程序中定义的变量表,生成OPCConfig.dat文件,再基于OPC UA(Unified Architecture)通信协议解析该OPCConfig.dat文件,生成与变量表中的多个变量一一对应的信道,比如,风速信道、转速信道和温度信道,分别用于传输风速数据、转速数据和温度数据。其中,OPC UA通信协议有效地将现有的OPC规范(DA、A&E、HDA、命令、复杂数据和对象类型)集成进来,成为新的OPC UA规范,能够提供一致、完整的网络地址空间和服务模型,解决了过去同一系统的信息不能以统一方式被访问的问题。
在一示例中,信道的属性包括以下属性中的一个或者多个:数据类型、数据长度、数据描述、网络地址和可读写权限,用于表示该信道可传输数据的基本构成。
考虑到风力发电机机组历史工况数据包含的参数类型较多,数据输入接口102用于分信道读取外部设备发送的风力发电机机组历史工况数据,一个信道读取一种参数类型的历史工况数据。
具体地,数据输入接口102可以通过OPC UA协议实现对外部数据的分信道读取功能。OPC UA通信协议规范可以通过任何单一端口(进行通信,OPC UA消息的编码格式可以是XML文本格式或二进制格式,也可使用多种传输协议进行传输,比如:TCP和通过HTTP的网络服务。
变量赋值模块103用于对历史工况数据进行变量赋值,生成模拟用风机工况数据,以模拟风力发电机组现场采集工况数据的过程。
在一示例中,变量赋值可以根据预设采集频率给变量赋值,比如,若风力发电机组向风电场集群控制系统反馈扭矩的频率为20ms,那么,就每隔20ms给扭矩变量赋值一次。
如上所述,本发明实施例中通过信道生成模块101解析与风机主控制器中变量表关联的配置文件,并为变量表中的每个变量生成一个信道;通过数据输入接口102分信道读取外部设备发送的风力发电机机组历史工况数据;并通过变量赋值模块103对历史工况数据进行变量赋值,生成了模拟用风机工况数据,实现了对风力发电机组现场工况数据的获取过程的模拟,从而能够代替现场风力发电机组,向待测风电场集群控制系统提供模拟用风机工况数据,具有成本低、可操作性强的优点。
图2为本发明另一实施例提供的虚拟风机的结构示意图。图2与图1的不同之处在于,图2中的虚拟风机还还包括数据访问接口104,用于向外部设备推送赋值后的模拟用风机工况数据。
作为第一种推送方式,响应于外部设备发出的数据推送请求,数据访问接口104按照预设推送频率将变量赋值模块103中的模拟用工况数据推送至外部设备。需要说明的是,该预设推送频率和上文中的预设采集频率可以相等,也可以不等。比如,当采集频率为20ms时,不一定要每20ms就推送一次,也可以是先缓存50条数据后,隔1s再推送,从而节省数据推送所需的网络带宽,提高网络传输效率。
作为第二种推送方式,响应于外部设备发出的数据推送请求,数据访问接口104可以仅当监测到模拟用工况数据的当前值较上一时刻值发生变化时,再将当前值推送至风电场集群控制系统,反之,如果在所需时刻数据访问接口104未向外部设备推送数据,则说明当前值与上一时刻值相等,外部设备可以自动生成所需数据。比如,当采集频率为20ms时,可以将每20s采集的数据与手上数据对比,若相同则不进行数据推送,若不同则立即进行数据推送,该数据推送服务也称为订阅服务。由于实际运行时,短时间内的风力发电机组的工况数据往往保持不变,如此设置,可以避免对大量相同数据的重复发送,进一步节省数据推送所需的网络带宽,极大提高了网络传输效率。
图3为本发明又一实施例提供的虚拟风机的结构示意图。图3与图2的不同之处在于,图3中的虚拟风机还包括命令执行模块105,用于响应于外部设备发出的风机控制命令,基于预设的风机控制算法执行风机控制命令。该命令执行模块105中设置有风机控制算法,为达到真实风机的模拟效果,风机控制算法应按照风机主控制器PLC程序的控制逻辑进行构建。
需要说明的是,本发明实施例中的虚拟风机可以采用OPC UA通讯技术进行构建,使构建后的虚拟风机具备解析OPCConfig.dat、接收信号输入、订阅服务和命令逻辑控制的功能。
此外,在上文所述的虚拟风机的基础上,本发明实施例还提供一种虚拟风电场,能够搭建风电场集群控制系统需要的风电场测试环境,且具有成本低、灵活度高、节省试验空间的优点。
图4为本发明实施例提供虚拟风电场的结构示意图。如图4所示,该虚拟风电场包括风电场数据采集模块(图中未示出)、风电场数据库401、数据传输模块402、风电场集群控制系统403和多个如上文所述的虚拟风机(1,2…n)。
其中,风电场数据采集模块用于采集风电场内各风力发电机组的历史工况数据,并将历史工况数据存储至风电场数据库401中。
请参阅图5,图5为本发明实施例提供的风电场数据采集与存储逻辑架构图。如图5所示,风电场数据采集模块的实现形式可以为风电场数据采集存储软件501,该软件一般布置在风电场现场,且与风电场中的各风力发电机组连接,利用该软件一方面可以采集风电场中各风力发电机组的运行工况数据,另一方面可以将采集的运行工况数据分类存储至风电场数据库401中。其中,数据采集方式和采集周期可以根据实际需求设定,比如,可以按照预设采集频率采集一年内的风电场数据。
此外,结合风电场工况数据的特点,可以按照时间、采集频率、风机编号、变量和值将对运行工况数据进行分类存储,以方便后续的数据访问操作。在对风电场集群控制系统403进行模拟试验时,可以将风电场数据拷贝至实验室,也就是说,风电场数据库401具体形式可以为便携式或者固定式存储器,其位置不受限定。
其中,数据传输模块402用于从风电场数据库401中读取满足预设条件的历史工况数据,并将所读取的历史工况数据分发至对应的虚拟风机。本发明实施例中数据传输模块402的实现形式为数据传输软件,该数据传输软件的作用是产生风电场数据,具体为从风电场数据库401中读取满足预设条件的历史工况数据,并将所读取的历史工况数据分发至对应的虚拟风机。在一示例中,可以为数据传输软件设置读取时间条件,比如,限定读取8月1日以后的数据。在另一示例中,也可以为数据传输软件设置读取工况条件,比如,限定读取风速在12m/s以上时对应的时间段内的数据。
风电场集群控制系统403与多个虚拟风机连接(参阅图4),风电场集群控制服务系统能够基于多个虚拟风机的模拟用风机工况数据,进行集群控制系统仿真测试。
如上所述,本发明实施例中的虚拟风电场通过数据采集与存储模块、数据传输模块402和多个如上文所述的虚拟风机,实现了对风力发电机组现场工况数据的获取过程的模拟,从而能够代替现场风力发电机组向待测风电场集群控制系统403提供模拟用风机工况数据。
由于本发明实施例中的模拟用风机工况数据可以基于灵活搭建的虚拟风电场得到,不需要购买风机主控制器PLC等硬件设备,从而能够降低风电场集群控制系统403的测试成本,节省实验室空间。
此外,本发明实施例中的数据采集与存储模块、数据传输模块402的功能,以及虚拟风机的数目均可以灵活配置,因而能够满足风电场集群控制系统403对不同工况和不同规模风电场的的测试需求,十分适合推广应用。
在一个可选实施例中,风电场集群控制系统403还用于分别向多个虚拟风机发送数据推送请求;虚拟风机还用于根据预设推送频率将模拟用工况数据推送至风电场集群控制系统403;或者,当监测到模拟用工况数据的当前值较上一时刻值发生变化时,将当前值推送至风电场集群控制系统403。
在一个可选实施例中,风电场集群控制系统403还用于分别向多个虚拟风机发出风机控制命令;虚拟风机还用于基于预设的风机控制算法,执行风机控制命令。
如上所述,本发明实施例中的虚拟风电场能够对测试过程中的数据传输、服务响应和带宽占用情况进行全方位监控。在数据传输方面,本发明实施例中的虚拟风电场能够对测试用数据传输流程进行跟踪,准确获知是否存在丢包现象,以千分之五的数据丢包率为例,虚拟风电场准确跟踪到数据丢失环节,从而对风电场实际的数据传输情况进行验证;在服务响应方面,本发明实施例中的虚拟风电场能够给虚拟风机发送指令,并通过虚拟风机的反馈准确获知服务的传输和响应速率;在带宽占用方面,本发明实施例中的虚拟风电场通过对所推送数据进行抓包处理,准确获知对风电场网络带宽的占用率,评估网络带宽是否已被耗尽等。
此外,在本发明实施例中,虚拟风电场中的多个虚拟风机部署于多台服务器上,且部署于同一服务器上的多个虚拟风机具有不同端口。也就是说,可以将虚拟风机的服务软件部署在测试主机601上,每个虚拟风机服务软件相当于一台风力发电机组,一台测试主机601上可以部署多个虚拟风机服务软件,以不同端口区分。
图6为本发明实施例提供的虚拟风机配置示意图。图6中示出了的测试主机601上部署了虚拟风机1和虚拟风机12的服务软件,并为虚拟风机1的服务软件分配了端口1,为虚拟风机12的服务软件分配了端口2。至于一台测试主机601能够部署几个虚拟风机服务软件,需要根据电脑的配置性能决定。在一示例中,可以在一台测试主机601上部署20个虚拟风机服务软件,这样模拟100台风机发电机组的风电场就只需要5台测试主机601即可。
需要明确的是,本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述,各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于装置实施例而言,相关之处可以参见方法实施例的说明部分。本发明实施例并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。本领域的技术人员可以在领会本发明实施例的精神之后,作出各种改变、修改和添加,或者改变步骤之间的顺序。并且,为了简明起见,这里省略对已知方法技术的详细描述。
以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时,其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时,本发明实施例的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中,或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路,等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。
本发明实施例可以以其他的具体形式实现,而不脱离其精神和本质特征。例如,特定实施例中所描述的算法可以被修改,而系统体系结构并不脱离本发明实施例的基本精神。因此,当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的,本发明实施例的范围由所附权利要求而非上述描述定义,并且,落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明实施例的范围之中。

Claims (9)

1.一种虚拟风机,其特征在于,包括:
信道生成模块,用于解析与风机主控制器中变量表关联的配置文件,为所述变量表中的每个变量生成一个信道;
数据输入接口,用于分信道读取外部设备发送的风力发电机机组历史工况数据;其中,一个所述信道内对应读取一种参数类型的历史工况数据;
变量赋值模块,用于对所述历史工况数据进行变量赋值,生成模拟用风机工况数据,以使风电场集群控制系统进行系统仿真测试;
所述信道生成模块,用于基于OPC UA通信协议解析与风机主控制器中变量表关联的配置文件,为所述变量表中的每个变量生成一个信道;
所述数据输入接口,用于基于所述OPC UA通信协议分信道读取外部设备发送的风力发电机机组历史工况数据。
2.根据权利要求1所述的虚拟风机,其特征在于,所述信道的属性包括以下属性中的一个或者多个:数据类型、数据长度、数据描述、网络地址和可读写权限。
3.根据权利要求1或2所述的虚拟风机,其特征在于,还包括:
数据访问接口,用于响应于外部设备发出的数据推送请求,根据第二预设推送频率将所述模拟用风机工况数据推送至所述外部设备;或者,当监测到所述模拟用风机工况数据的当前值较上一时刻值发生变化时,将所述当前值推送至所述外部设备。
4.根据权利要求3所述的虚拟风机,其特征在于,还包括:
命令执行模块,用于响应于外部设备发出的风机控制命令,基于预设的风机控制算法执行所述风机控制命令。
5.一种虚拟风电场,其特征在于,包括:
风电场数据库,用于存储风电场内各风力发电机组的历史工况数据;
数据传输模块,用于从所述风电场数据库中读取满足预设条件的历史工况数据,并将所读取的历史工况数据分发至对应的虚拟风机;
多个如权利要求1-4任意一项所述的虚拟风机,用于对接收到的历史工况数据进行变量赋值,生成模拟用风机工况数据;
风电场集群控制系统,与多个所述虚拟风机连接,用于基于多个所述虚拟风机的模拟用风机工况数据,进行系统仿真测试。
6.根据权利要求5所述的虚拟风电场,其特征在于,
所述风电场集群控制系统还用于,分别向多个所述虚拟风机发送数据推送请求;
所述虚拟风机,还用于响应于所述数据推送请求,根据预设推送频率将所述模拟用风机工况数据推送至所述风电场集群控制系统;或者,当监测到所述模拟用风机工况数据的当前值较上一时刻值发生变化时,将所述当前值推送至所述风电场集群控制系统。
7.根据权利要求5所述的虚拟风电场,其特征在于,
所述风电场集群控制系统还用于,分别向多个所述虚拟风机发出风机控制命令;
所述虚拟风机,还用于基于预设的风机控制算法,执行所述风机控制命令。
8.根据权利要求5所述的虚拟风电场,其特征在于,所述虚拟风电场给还包括风电场数据采集模块,用于采集风电场内各风力发电机组的历史工况数据,并将所述历史工况数据分类存储至所述风电场数据库中。
9.根据权利要求5所述的虚拟风电场,其特征在于,多个所述虚拟风机部署于多台服务器上,且部署于同一服务器上的多个虚拟风机具有不同端口。
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