CN111290373A - 一种风机控制器检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风机控制器检测系统，包括：互相连接的仿真模块、测试模块和硬件转换模块；硬件转换模块与风机控制器连接；仿真模块用于依据风机控制器的控制指令对风机相关模型进行仿真，并将得到的仿真数据返回至风机控制器；硬件转换模块用于仿真模块和风机控制器之间的通信转换；测试模块用于控制仿真模块和风机控制器，并获取风机控制器的控制指令和仿真模块的仿真数据，通过控制指令和仿真数据判断风机控制器是否正常运行。通过硬件转换模块将非实时的实验室中的仿真模块与实时的风场中的风机控制器进行连通，直接对风机控制器进行测试，缩短了测试时间，改善了测试环境，并避免了在低穿测试时因风机载荷过大带来的风机测试风险。

Description

一种风机控制器检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及风电设备检测技术领域，特别涉及一种风机控制器检测系统及检测方法。

背景技术

中国作为全球最大的风电装机市场，近年来我国风电机组装机容量不断攀升，风电领域的新技术、新方法不断涌现。为改善风电机组的性能，降低运维成本，各种风机实验平台的研究受到广大风电领域的科研机构青睐。其中纯数字仿真实验系统已有大量成熟软件得到应用，在实验室仿真取得极大进步的同时，仿真和风场实际应用之间的衔接是一个薄弱环节，目前风机控制策略仿真用非实时仿真软件进行开发设计，而在风场中的风机控制器为实时系统；在程序由设计策略到风场应用的控制器之间的转换过程中，难免会存在差异，这种差异目前需在风场中现场进行实验解决。目前，对风力发电机组主控制器内刷入的程序的程序正确性验证在风场进行，一般会风场小批量试运行，然后采集运行数据，进行数据分析，以验证刷入程序的正确性。目前对风机控制策略的开发及验证，首先会在仿真软件中进行策略仿真，以验证策略正确性；然后把设计好的策略移植到风机控制器中，在风场进行2次验证，以确认策略与设计之间的偏差。目前策略到风场实际应用方面，尚无法在实验室完全完成，需有风场实验环节。

目前的实验室开发控制算法，然后转换进入PLC进行风场现场实验的风机控制策略更新方法。此过程存在风场实验条件艰苦；实验周期受风资源限制，实验时间不可控；实验安全隐患不可控等缺陷。此过程必定造成新策略开发周期拉长，开发成本提高，从而导致风机控制策略更新在决策过程中能不动尽量不动，新技术不能及时利用的后果。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种风机控制器检测系统，通过硬件转换模块将非实时的实验室中的仿真模块与实时的风场中的风机控制器进行连通，在实验中即可直接对风机控制器进行测试，大幅缩短了测试时间，降低了风机控制器测试成本；还改善了测试环境，使测试舒适度和易操作性大幅提高；同时，避免了低穿测试时因风机载荷大带来的风机测试风险，提高了设备的安全性。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种风机控制器测试系统，包括：互相连接的仿真模块、测试模块和硬件转换模块；

所述硬件转换模块与风机控制器连接；

所述仿真模块用于依据所述风机控制器的控制指令对所述风机相关模型进行仿真，并将得到的仿真数据返回至所述风机控制器；

所述硬件转换模块用于所述仿真模块和所述风机控制器之间的通信转换；

所述测试模块用于获取所述风机控制器的控制指令和所述仿真模块的仿真数据，通过所述控制指令和所述仿真数据判断所述风机控制器是否正常运行。

进一步地，所述风机相关模型包括：变桨模型、风轮空气动力学模型、风轮结构动力学模型、传动链结构模型、传动链模型、塔架及支撑动力模型、发电机模型和/或变流器模型。

进一步地，所述风机相关模型还包括：风资源模型和/或电网模型。

进一步地，所述硬件转换模块通过PVI协议与所述风机控制器进行通信。

进一步地，所述仿真模块还用于仿真工况的数据输入；和/或

所述仿真模块还用于所述风机相关模型的受力仿真数据的输出和保存。

进一步地，所述硬件转换模块包括：第一控制单元、第二控制单元、第三控制单元、第四控制单元和/或第五控制单元；

所述第一控制单元用于规划所述风机控制器检测系统的仿真精度；

所述第二控制单元用于规划所述仿真模块与所述风机控制器的通信变量；

所述第三控制单元用于规划所述风机的测试流程；

所述第四控制单元用于建立辅助控制变量变化模型；

所述第五控制单元用于规划所述风机相关模型中的各种变量与相对应的所述风机控制器的输出变量通道。

进一步地，所述第一控制单元用于依据所述风机相关模型仿真迭代任务复杂度精简所述风机相关模型，并规划所述风机相关模型的迭代精度；和/或

所述第一控制单元用于规划所述风机相关模型与所述风机控制器的通信时间周期；和/或

所述第一控制单元用于规划所述风机相关模型的数据存储长度和采样周期。

本发明实施例还提供了一种风机控制器检测方法，用于控制上述风机控制器检测系统对风机控制器进行检测，包括如下步骤：

获取风场运行工况及风机相关模型信息；

对所述风场运行工况和所述风机相关模型信息进行全风况分析，得到载荷仿真数据和/或发电量仿真数据；

判断所述载荷仿真数据和/或所述发电量仿真数据是否满足预设要求，如是则所述风机控制器符合要求，如否则所述风机控制器不符合要求。

进一步地，所述获取风场运行工况及风机相关模型信息之后，还包括：

将所述风场运行工况和所述风机相关模型信息输入风电系统控制器检测系统，并进行程序移植正确性验证。

本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

通过硬件转换模块将非实时的实验室中的仿真模块与实时的风场中的风机控制器进行连通，在实验中即可直接对风机控制器进行测试，大幅缩短了测试时间，降低了风机控制器测试成本；还改善了测试环境，使测试舒适度和易操作性大幅提高；同时，避免了低穿测试时因风机载荷大带来的风机测试风险，提高了设备的安全性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的风机控制器检测系统原理示意图；

图2是本发明实施例提供的风机控制器检测系统模块示意图；

图3是本发明实施例提供的风机控制器检测方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

图1是本发明实施例提供的风机控制器检测系统原理示意图。

图2是本发明实施例提供的风机控制器检测系统模块示意图；

请参照图1和图2，本发明实施例的第一方面提供了一种风机控制器检测系统，包括：互相连接的仿真模块、测试模块和硬件转换模块；硬件转换模块与风机控制器连接；仿真模块用于依据风机控制器的控制指令对风机相关模型进行仿真，并将得到的仿真数据返回至风机控制器；硬件转换模块用于仿真模块和风机控制器之间的通信转换；测试模块用于控制仿真模块和风机控制器，并获取风机控制器的控制指令和仿真模块的仿真数据，通过控制指令和仿真数据判断风机控制器是否正常运行。

上述技术方案硬件转换模块将非实时的实验室中的仿真模块与实时的风场中的风机控制器进行连通，在实验室中即可直接对风机控制器进行测试，大幅缩短了测试时间，降低了风机控制器测试成本；还改善了测试环境，使测试舒适度和易操作性大幅提高；同时，避免了在低穿测试时因风机载荷大带来的风机测试风险，提高了设备的安全性。

上述风机控制器测试系统测试的风机控制器与实际风场中应用于风机的控制器相同，实现了实验室风机控制策略到风场风机控制器之间的衔接测试，解决了仿真软件非实时运算的算法试验到风场风机控制器实时控制之间的程序平台转换的问题，可用于验证风场风机控制中出现的算法不足，弥补了现有技术中必须到风场现场才可以进行测试风机控制器所带来的诸多问题。

其中，仿真模块通过Bladed软件对风机相关模型进行仿真，并通过Bladed软件中的hardware test接口与风机控制器连接，风机控制器中运行正常的风机控制程序，实现风机控制器的控制参数和外部环境参数的设置和更改。可选的，仿真模块和测试模块均可以通过工控机(Industrial Personal Computer，IPC)来实现。

此外，上述各个模块之间可以通过以外网实现通信连接。可选的，通过贝加莱PVI协议或MODbusTCP协议进行通信。

硬件转换模块通过PVI协议与风机控制器进行通信。具体的，硬件转换模块通过PVI通信模块与风机控制器连接。PVI通信模块提供了通信协议，并与风机控制器进行数据交换。

此外，仿真模块还用于仿真工况的数据输入；和/或，仿真模块还用于风机相关模型的受力仿真数据的输出和保存。

在本实施例的一个实施方式中，测试模块和硬件转换模块可以设置于同一个工控机中，实现二者的功能。

在本实施例的一个实施方式中，风机相关模型包括：变桨模型、风轮空气动力学模型、风轮结构动力学模型、传动链结构模型、传动链模型、塔架及支撑动力模型和/或发电机及变流器模型。

其种，风轮空气动力学模型用于模拟风与风轮作用关系，是风轮结构动力学模型的输入源，也是风能转换为机械能的模块。传动链模型传递风轮空气动力学模型所转换的机械能到发电机模型及变流器模型，最终经发电机模型转换为电能，经变流器模型转换为适合输入电网的上网电能。发电机模型是机械能转换为电能的模型，变流器模型为风机控制器控制转矩提供了接口。

风轮空气动力学模型吸收风能能力受变桨模型输出控制，变桨模型是风机控制器控制风机吸收风能的执行机构。

风轮结构动力学模型是整机结构受力的模拟部分，是连接风轮空气动力学模型和机械振动等整机受力的桥梁，是风机主要结构受力的体现。传动链模型用于模拟风机传动链振动位移。塔架及支撑动力模型为整个风机提供支撑结构，其受力输入为风轮自身质量和风轮空气动力学模型提供的仿真力，其振动位移及受力输出直接关系风机的机械安全性。

可选的，风机相关模型还包括：风资源模型和/或电网模型。

其中，风资源模型可以提供不同特性的湍流风模型并具有风剪切等多种环境工况的模拟功能。具体的，风资源模型可以为指定风场的测风数据，并依据前期测风数据，提取疯狂的特征信息，包括风速均值、方差、湍流强度等风速信息，还包括风向的变化幅度、变化特征等风向信息。在测试过程中，还需要一定数量的历史风速时间序列，用于仿真风况输入。

此外，电网模型用于模拟电能输入电网的过程。

硬件转换模块包括：第一控制单元、第二控制单元、第三控制单元、第四控制单元和/或第五控制单元。

第一控制单元用于规划风机控制器检测系统的仿真精度。不仅包括风机模型中的仿真精度控制，同时包含风机控制器中不同任务块的扫描周期，即控制步长精度，是通过规划不同通信变量的交换周期差异实现的。整个系统(仿真模型和风机控制器)的仿真精度协调都是在此规划和协调执行的。在本发明实施例的一个实施方式中，第一控制单元可用于依据风机相关模型仿真迭代任务复杂度精简风机相关模型，并规划风机相关模型的迭代精度。和/或，第一控制单元可用于规划风机相关模型与风机控制器的通信时间周期。和/或，第一控制单元可用于规划风机相关模型的数据存储长度和采样周期。

第二控制单元用于规划仿真模块与风机控制器的通信变量，并规划风机相关模型与风机控制器的通信时间周期。上述通信变量可依据实际任务的差异通信变量而造成数量不等，可以为30至300个不等。举例如下：风机执行转矩变量、控制转矩变量、采集转速变量等此为核心控制变量规划通信周期20ms；风速变化变量、偏航角度变量，规划通信周期100ms等。上述举例仅为说明可选的实施例，本发明并不以此为限。

第三控制单元用于规划风机的测试流程，如风机起动过程的测试和发电过程的测试，并以简单的整形数据代表其过程，如气动过程用数值“1”表示，则在测试模块的控制端输入“1”来启动过程测试和数据存储。

第四控制单元用于建立辅助控制变量变化模型。例如，齿轮箱油温并非主控制变量，需要在硬件转换模块中建立辅助控制变量变化模型，以使风机控制器检测系统能正常测试。

第五控制单元用于规划风机相关模型中的各种变量与相对应的风机控制器的输出变量通道。

图3是本发明实施例提供的风机控制器检测方法流程图。

请参照图3，本发明实施例的第二方面提供了一种风机控制器检测方法，用于控制上述风机控制器检测系统对风机控制器进行检测，包括如下步骤：

S200，获取风场运行工况及风机相关模型信息。

S400，对风场运行工况和风机相关模型信息进行全风况分析，得到载荷仿真数据和/或发电量仿真数据。

S600，判断载荷仿真数据和/或发电量仿真数据是否满足预设要求，如是则风机控制器符合要求，如否则风机控制器不符合要求。

步骤S600中，对载荷仿真数据进行载荷后处理，以进行风机主要部件载荷的极限载荷评估和疲劳载荷评估，评价风机控制器中的控制策略是否达到设计预期；同时，对风机控制器的控制数据和发电量数据进行评估，评价发电量的统计结果是否达到风机控制器的控制策略的设计预期。当上述载荷和/或发电量评估达到设计预期后，表明风机控制器满足要求，可以直接在风场实际环境中应用于风机控制。

上述风机控制器检测方法，用于检测风机控制器的控制算法是否存在缺陷和不足，实现了真实模拟风场中风机运行状况。通过上述检测方法，使原本需要在风场现场长时间实验来进行算法验证并改进的环境可以在实验室中完成。上述检测方法实现了发电量和载荷的一体化评估验证，通过风机控制器控制仿真软件的控制方法，可同时输出发电量相关信息和整机载荷信息，快捷、准确地实现了算法多维度评估。而在风场现场测试中，难以对载荷进行有效评价，部分部位贴应变片并不实现载荷的评价，只能在大量增加应变皮贴片装置的情况下才能进行。

可选的，风机控制器检测方法在步骤S200之后还可以包括步骤：

S300，将风场运行工况和风机相关模型信息输入风电系统控制器检测系统，并进行程序移植正确性验证。

步骤S300对风机控制器的控制策略进行逐一验证，以保证风机控制器中的控制策略的执行结果与非实时的仿真模块中的仿真策略所执行的策略的目的相同。

本发明实施例旨在保护一种风机控制器检测系统，包括：互相连接的仿真模块、测试模块和硬件转换模块；硬件转换模块与风机控制器连接；仿真模块用于依据风机控制器的控制指令对风机相关模型进行仿真，并将得到的仿真数据返回至风机控制器；硬件转换模块用于仿真模块和风机控制器之间的通信转换；测试模块用于控制仿真模块和风机控制器，并获取风机控制器的控制指令和仿真模块的仿真数据，通过控制指令和仿真数据判断风机控制器是否正常运行。上述技术方案具备如下效果：

通过硬件转换模块将非实时的实验室中的仿真模块与实时的风场中的风机控制器进行连通，在实验室中即可直接对风机控制器进行测试，大幅缩短了测试时间，降低了风机控制器测试成本；还改善了测试环境，使测试舒适度和易操作性大幅提高；同时，避免了在低穿测试时因风机载荷大带来的风机测试风险，提高了设备的安全性。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (9)

1.一种风机控制器检测系统，其特征在于，包括：互相连接的仿真模块、测试模块和硬件转换模块；

所述硬件转换模块与风机控制器连接；

所述仿真模块用于依据所述风机控制器的控制指令对所述风机相关模型进行仿真，并将得到的仿真数据返回至所述风机控制器；

所述硬件转换模块用于所述仿真模块和所述风机控制器之间的通信转换；

所述测试模块用于控制所述仿真模块和所述风机控制器，并获取所述风机控制器的控制指令和所述仿真模块的仿真数据，通过所述控制指令和所述仿真数据判断所述风机控制器是否正常运行。

2.根据权利要求1所述的风机控制器检测系统，其特征在于，

所述风机相关模型包括：变桨模型、风轮空气动力学模型、风轮结构动力学模型、传动链结构模型、传动链模型、塔架及支撑动力模型、发电机模型和/或变流器模型。

3.根据权利要求1所述的风机控制器检测系统，其特征在于，

所述风机相关模型还包括：风资源模型和/或电网模型。

4.根据权利要求1所述的风机控制器检测系统，其特征在于，

所述硬件转换模块通过PVI协议与所述风机控制器进行通信。

5.根据权利要求1所述的风机控制器检测系统，其特征在于，

所述仿真模块还用于仿真工况的数据输入；和/或

所述仿真模块还用于所述风机相关模型的受力仿真数据的输出和保存。

6.根据权利要求1所述的风机控制器检测系统，其特征在于，

所述硬件转换模块包括：第一控制单元、第二控制单元、第三控制单元、第四控制单元和/或第五控制单元；

所述第一控制单元用于规划所述风机控制器检测系统的仿真精度；

所述第二控制单元用于规划所述仿真模块与所述风机控制器的通信变量；

所述第三控制单元用于规划所述风机的测试流程；

所述第四控制单元用于建立辅助控制变量变化模型；

所述第五控制单元用于规划所述风机相关模型中的各种变量与相对应的所述风机控制器的输出变量通道。

7.根据权利要求6所述的风机控制器检测系统，其特征在于，

所述第一控制单元用于依据所述风机相关模型仿真迭代任务复杂度精简所述风机相关模型，并规划所述风机相关模型的迭代精度；和/或

所述第一控制单元用于规划所述风机相关模型与所述风机控制器的通信时间周期；和/或

所述第一控制单元用于规划所述风机相关模型的数据存储长度和采样周期。

8.一种风机控制器检测方法，其特征在于，用于控制权利要求1-7任一项所述的风机控制器检测系统对风机控制器进行检测，包括如下步骤：

获取风场运行工况及风机相关模型信息；

对所述风场运行工况和所述风机相关模型信息进行全风况分析，得到载荷仿真数据和/或发电量仿真数据；

判断所述载荷仿真数据和/或所述发电量仿真数据是否满足预设要求，如是则所述风机控制策略符合要求，如否则所述风机控制策略不符合要求。

9.根据权利要求8所述的风机控制器检测方法，其特征在于，所述获取风场运行工况及风机相关模型信息之后，还包括：

将所述风场运行工况和所述风机相关模型信息输入风电系统控制器检测系统，并进行程序移植正确性验证。

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