CN113805494A - 一种纯数字风力发电机组在线仿真方法及仿真平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纯数字风力发电机组在线仿真方法及仿真平台，该仿真方法包括以下步骤：S1，从现场采集数据在实验室进行数据回放，形成初级纯数字风机仿真平台；S2，建立纯数字仿真主控制器程序，利用初级纯数字风机仿真平台对纯数字仿真主控制器程序进行训练，形成二级纯数字风机仿真平台；S3，使用初级纯数字风机仿真平台对仿真风机运行参数模型进行训练，训练后的仿真风机运行参数模型叠加纯数字仿真主控制器程序形成纯数字风机仿真平台,使用初级纯数字风机仿真平台训练纯数字风机仿真平台形成三级纯数字风机仿真平台。本发明解决了现有技术存在的对风电机组进行测试验证麻烦、效率低、成本高、不便及时监控、智能化程度低等问题。

Description

一种纯数字风力发电机组在线仿真方法及仿真平台

技术领域

本发明涉及风力发电机组和风电场监控技术领域，具体是一种纯数字风力发电机组在线仿真方法及仿真平台。

背景技术

风力发电机组作为高成本设备，其研发设计生产安装调试需要投入大力的人力物力和财力。若因设计研发失误导致部件选择不当或者运行逻辑设置不当轻则造成经济损失重则引发安全事件。风电场智慧管控系统等基于风电机组的产品需要运行的风电机组进行测试验证，产品测试都跑到实际风场验证及耗费差旅成本又增加人力负担，在风机仿真平台上测试可以解决这些问题。所以风力发电机组纯数字在线仿真很有必要。为了用纯数字的方式分析风力发机组的设计结果，测试风机控制算法和逻辑的运行结果，辅助风力风电机组设计开发并以背靠背数字测试方式验证风机设计，同时为风力发电设备的监控、辅控等其他系统提供在线测试环境，设计了一种纯数字风力发电机组在线仿真方法及仿真平台。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种纯数字风力发电机组在线仿真方法及仿真平台，解决现有技术存在的对风电机组进行测试验证麻烦、效率低、成本高、不便及时监控、智能化程度低等问题。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种纯数字风力发电机组在线仿真方法，包括以下步骤：

S1，从现场采集数据在实验室进行数据回放，形成初级纯数字风机仿真平台；

S2，建立纯数字仿真主控制器程序，利用初级纯数字风机仿真平台对纯数字仿真主控制器程序进行训练，形成二级纯数字风机仿真平台；

S3，构建仿真风机运行参数模型，使用初级纯数字风机仿真平台对仿真风机运行参数模型进行训练，训练后的仿真风机运行参数模型叠加纯数字仿真主控制器程序形成纯数字风机仿真平台,使用初级纯数字风机仿真平台训练纯数字风机仿真平台形成三级纯数字风机仿真平台。

设计风力发电机组新机型时，输入参数，模拟风机运行，分析在线运行的数据输出结果指导风机设计。在风机设计完毕实际投入运行后使用数据回放现场实际运行的数据，检验设计和实物的拟合性，并逐步完善在线仿真平台。

本发明用实际风机运行数据录制并数据回放的方式，实现了初级纯数字风机仿真，用纯数字的方式分析风力发机组设计结果；结合初级纯数字风机仿真实现二级纯数字风机仿真；用仿真风机运行参数模型模拟运行结合纯数字仿真主控制器，形成三级纯数字风机仿真，用现场数据验证三级纯数字风机仿真，用三级纯数字风机仿真辅助风力发电机组设计，形成良性循环。为风力发电机组和其管控系统的设计开发节省时间和财力，并减少设计失误导致的人财损失。从而解决了现有技术存在的对风电机组进行测试验证麻烦、效率低、成本高、不便及时监控、智能化程度低等问题。

作为一种优选的技术方案，步骤S1包括以下步骤：

S11，采集风机的运行数据，并生成二进制文件；

S12，读取二进制文件数据，并对外提供数据实现数据回放。

二进制文件可以成块读入内存中且数据结构直接可以读成数组结构，可以实现快速读入用于后续程序使用。

作为一种优选的技术方案，步骤S11包括以下步骤：

S111，在风力发电机组主控制器上设置并运行数据采集程序，生成二进制文件并发送到风电场管控系统服务器；

S112，在风电场管控系统服务器上设置并运行数据采集程序，从主控制器采集并生成二进制文件。

仿真平台读取二进制文件以同样的数据结构解析文件，读入系统中并以与主控制器同样的协议对外提供数据，风电场智慧管控系统以接入现场风机一样的方式连接仿真平台，实现了现场实际运行机组在实验室的复制性数值仿真即初级纯数字风机仿真，为风电场管控系统测试提供平台。

作为一种优选的技术方案，步骤S111中，在风力发电机组主控制器上运行10ms数据采集程序。

作为一种优选的技术方案，步骤S112中，在风电场管控系统服务器上运行1秒数据采集程序，从主控制器采集1秒数据并生成二进制文件。

不同来源的数据，以及不同运行时间的数据，增加了数据的广泛度和科学性，从而提高了仿真的准确度。

作为一种优选的技术方案，步骤S2包括以下步骤：

S21，将现场录制的数据进行回放并按照仿真主控制器程序接口输入给仿真主控制器程序使用，使主控制器程序运行起来；

S22，对比仿真主控制器程序的运行结果和数据回放的数据，不断完善仿真主控制器程序；

S23，仿真主控制器程序完善后，将主控制器从传感器采集的数据清单列表导入到仿真主控制器程序，并用算法实现数据的自主产生，然后按照主控制器程序的接口输入到程序中，使主控制器仿真程序自主运行形成二级纯数字风机仿真平台。

经过以上步骤，形成了仿真程度更高、更精确的二级纯数字风机仿真平台。

作为一种优选的技术方案，步骤S3包括以下步骤：

S31，构建仿真风机运行参数模型，利用步骤S1中的初级纯数字风机仿真平台训练仿真风机运行参数模型，训练后的仿真风机运行参数模型叠加纯数字仿真主控制器程序形成纯数字风机仿真平台；

S32，利用S1中的初级纯数字风机仿真平台，以现场采集到的风速风向、环境温度和/或海拔高度作为输入参数作为参数对步骤S31中形成的纯数字风机仿真平台进行训练，生成纯数字风机仿真平台运行结果；

S33，直至纯数字风机仿真平台运行结果与实际风机运行结果匹配，步骤S32中对步骤S31中形成的纯数字风机仿真平台的训练完毕，形成三级纯数字风机仿真平台。

经过以上步骤，形成了仿真程度更高、更精确的三级纯数字风机仿真平台。

作为一种优选的技术方案，步骤S31中，设计算法模型仿真变桨系统、偏航系统、传动链系统、发电机和/或变流器构建仿真风机运行参数模型。

通过以上仿真，构建更接近风机实际运行状态的仿真风机运行参数模型。

作为一种优选的技术方案，还包括以下步骤：

S4，利用风电场管控系统与三级纯数字风机仿真平台进行联合测试。

这进一步对三级纯数字风机仿真平台进行了验证，从而使得仿真更加真实，准确度更高。

一种纯数字风力发电机组在线仿真平台，适用于所述一种纯数字风力发电机组在线仿真方法，包括以下模块：

初级纯数字风机仿真平台形成模块：用以从现场采集数据在实验室进行数据回放，形成初级纯数字风机仿真平台；

二级纯数字风机仿真平台形成模块：用以建立纯数字仿真主控制器程序，利用初级纯数字风机仿真平台对纯数字仿真主控制器程序进行训练，形成二级纯数字风机仿真平台；

三级纯数字风机仿真平台形成模块：用以建立仿真风机运行参数模型，使用初级纯数字风机仿真平台对仿真风机运行参数模型进行训练，训练后的仿真风机运行参数模型叠加纯数字仿真主控制器程序形成未经训练的三级纯数字风机仿真平台,使用初级纯数字风机仿真平台训练未经训练的三级纯数字风机仿真平台形成训练后的三级纯数字风机仿真平台。

设计风力发电机组新机型时，输入参数，模拟风机运行，分析在线运行的数据输出结果指导风机设计。在风机设计完毕实际投入运行后使用数据回放现场实际运行的数据，检验设计和实物的拟合性，并逐步完善在线仿真平台。

本发明用实际风机运行数据录制并数据回放的方式，实现了初级纯数字风机仿真，用纯数字的方式分析风力发机组设计结果；结合初级纯数字风机仿真实现二级纯数字风机仿真；用仿真风机运行参数模型模拟运行结合纯数字仿真主控制器，形成三级纯数字风机仿真，用现场数据验证三级纯数字风机仿真，用三级纯数字风机仿真辅助风力发电机组设计，形成良性循环。为风力发电机组和其管控系统的设计开发节省时间和财力，并减少设计失误导致的人财损失。从而解决了现有技术存在的对风电机组进行测试验证麻烦、效率低、成本高、不便及时监控、智能化程度低等问题。

本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：

(1)本发明用实际风机运行数据录制并数据回放的方式，实现了初级纯数字风机仿真，用纯数字的方式分析风力发机组设计结果；结合初级纯数字风机仿真实现二级纯数字风机仿真；用仿真风机运行参数模型模拟运行结合纯数字仿真主控制器，形成三级纯数字风机仿真，用现场数据验证三级纯数字风机仿真，用三级纯数字风机仿真辅助风力发电机组设计，形成良性循环。为风力发电机组和其管控系统的设计开发节省时间和财力，并减少设计失误导致的人财损失；从而解决了现有技术存在的对风电机组进行测试验证麻烦、效率低、成本高、不便及时监控、智能化程度低等问题；

(2)二进制文件可以成块读入内存中且数据结构直接可以读成数组结构，可以实现快速读入用于后续程序使用；

(3)仿真平台读取二进制文件以同样的数据结构解析文件，读入系统中并以与主控制器同样的协议对外提供数据，风电场智慧管控系统以接入现场风机一样的方式连接仿真平台，实现了现场实际运行机组在实验室的复制性数值仿真即初级纯数字风机仿真，为风电场管控系统测试提供平台；

(4)不同来源的数据，以及不同运行时间的数据，增加了数据的广泛度和科学性，从而提高了仿真的准确度；

(5)形成了仿真程度更高、更精确的二级纯数字风机仿真平台；

(6)经过以上步骤，形成了仿真程度更高、更精确的三级纯数字风机仿真平台；

(7)构建更接近风机实际运行状态的仿真风机运行参数模型；

(8)进一步对三级纯数字风机仿真平台进行了验证，从而使得仿真更加真实，准确度更高。

附图说明

图1为本发明所述的一种纯数字风力发电机组在线仿真方法的步骤示意图；

图2为本发明所述的一种纯数字风力发电机组在线仿真方法的流程示意图的第一部分；

图3为本发明所述的一种纯数字风力发电机组在线仿真平台的流程示意图的第二部分。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1至图3所示，一种纯数字风力发电机组在线仿真方法，包括以下步骤：

S1，从现场采集数据在实验室进行数据回放，形成初级纯数字风机仿真平台；

S2，建立纯数字仿真主控制器程序，利用初级纯数字风机仿真平台对纯数字仿真主控制器程序进行训练，形成二级纯数字风机仿真平台；

S3，构建仿真风机运行参数模型，使用初级纯数字风机仿真平台对仿真风机运行参数模型进行训练，训练后的仿真风机运行参数模型叠加纯数字仿真主控制器程序形成纯数字风机仿真平台,使用初级纯数字风机仿真平台训练纯数字风机仿真平台形成三级纯数字风机仿真平台。

设计风力发电机组新机型时，输入参数，模拟风机运行，分析在线运行的数据输出结果指导风机设计。在风机设计完毕实际投入运行后使用数据回放现场实际运行的数据，检验设计和实物的拟合性，并逐步完善在线仿真平台。

本发明用实际风机运行数据录制并数据回放的方式，实现了初级纯数字风机仿真，用纯数字的方式分析风力发机组设计结果；结合初级纯数字风机仿真实现二级纯数字风机仿真；用仿真风机运行参数模型模拟运行结合纯数字仿真主控制器，形成三级纯数字风机仿真，用现场数据验证三级纯数字风机仿真，用三级纯数字风机仿真辅助风力发电机组设计，形成良性循环。为风力发电机组和其管控系统的设计开发节省时间和财力，并减少设计失误导致的人财损失。从而解决了现有技术存在的对风电机组进行测试验证麻烦、效率低、成本高、不便及时监控、智能化程度低等问题。

作为一种优选的技术方案，步骤S1包括以下步骤：

S11，采集风机的运行数据，并生成二进制文件；

S12，读取二进制文件数据，并对外提供数据实现数据回放。

二进制文件可以成块读入内存中且数据结构直接可以读成数组结构，可以实现快速读入用于后续程序使用。

作为一种优选的技术方案，步骤S11包括以下步骤：

S111，在风力发电机组主控制器上设置并运行数据采集程序，生成二进制文件并发送到风电场管控系统服务器；

S112，在风电场管控系统服务器上设置并运行数据采集程序，从主控制器采集并生成二进制文件。

仿真平台读取二进制文件以同样的数据结构解析文件，读入系统中并以与主控制器同样的协议对外提供数据，风电场智慧管控系统以接入现场风机一样的方式连接仿真平台，实现了现场实际运行机组在实验室的复制性数值仿真即初级纯数字风机仿真，为风电场管控系统测试提供平台。

作为一种优选的技术方案，步骤S111中，在风力发电机组主控制器上运行10ms数据采集程序。

作为一种优选的技术方案，步骤S112中，在风电场管控系统服务器上运行1秒数据采集程序，从主控制器采集1秒数据并生成二进制文件。

不同来源的数据，以及不同运行时间的数据，增加了数据的广泛度和科学性，从而提高了仿真的准确度。

作为一种优选的技术方案，步骤S2包括以下步骤：

S21，将现场录制的数据进行回放并按照仿真主控制器程序接口输入给仿真主控制器程序使用，使主控制器程序运行起来；

S22，对比仿真主控制器程序的运行结果和数据回放的数据，不断完善仿真主控制器程序；

S23，仿真主控制器程序完善后，将主控制器从传感器采集的数据清单列表导入到仿真主控制器程序，并用算法实现数据的自主产生，然后按照主控制器程序的接口输入到程序中，使主控制器仿真程序自主运行形成二级纯数字风机仿真平台。

经过以上步骤，形成了仿真程度更高、更精确的二级纯数字风机仿真平台。

作为一种优选的技术方案，步骤S3包括以下步骤：

S31，构建仿真风机运行参数模型，利用步骤S1中的初级纯数字风机仿真平台训练仿真风机运行参数模型，训练后的仿真风机运行参数模型叠加纯数字仿真主控制器程序形成纯数字风机仿真平台；

S32，利用S1中的初级纯数字风机仿真平台，以现场采集到的风速风向、环境温度和/或海拔高度作为输入参数作为参数对步骤S31中形成的纯数字风机仿真平台进行训练，生成纯数字风机仿真平台运行结果；

S33，直至纯数字风机仿真平台运行结果与实际风机运行结果匹配，步骤S32中对步骤S31中形成的纯数字风机仿真平台的训练完毕，形成三级纯数字风机仿真平台。

经过以上步骤，形成了仿真程度更高、更精确的三级纯数字风机仿真平台。

作为一种优选的技术方案，步骤S31中，设计算法模型仿真变桨系统、偏航系统、传动链系统、发电机和/或变流器构建仿真风机运行参数模型。

通过以上仿真，构建更接近风机实际运行状态的仿真风机运行参数模型。

作为一种优选的技术方案，还包括以下步骤：

S4，利用风电场管控系统与三级纯数字风机仿真平台进行联合测试。

这进一步对三级纯数字风机仿真平台进行了验证，从而使得仿真更加真实，准确度更高。

实施例2

如图1至图3所示，作为实施例1的进一步优化，本实施例包含了实施例1的全部技术特征，除此之外，本实施例还包括以下技术特征：

一种纯数字风力发电机组在线仿真平台，适用于所述一种纯数字风力发电机组在线仿真方法，包括以下模块：

初级纯数字风机仿真平台形成模块：用以从现场采集数据在实验室进行数据回放，形成初级纯数字风机仿真平台；

二级纯数字风机仿真平台形成模块：用以建立纯数字仿真主控制器程序，利用初级纯数字风机仿真平台对纯数字仿真主控制器程序进行训练，形成二级纯数字风机仿真平台；

三级纯数字风机仿真平台形成模块：用以建立仿真风机运行参数模型，使用初级纯数字风机仿真平台对仿真风机运行参数模型进行训练，训练后的仿真风机运行参数模型叠加纯数字仿真主控制器程序形成未经训练的三级纯数字风机仿真平台,使用初级纯数字风机仿真平台训练未经训练的三级纯数字风机仿真平台形成训练后的三级纯数字风机仿真平台。

设计风力发电机组新机型时，输入参数，模拟风机运行，分析在线运行的数据输出结果指导风机设计。在风机设计完毕实际投入运行后使用数据回放现场实际运行的数据，检验设计和实物的拟合性，并逐步完善在线仿真平台。

本发明用实际风机运行数据录制并数据回放的方式，实现了初级纯数字风机仿真，用纯数字的方式分析风力发机组设计结果；结合初级纯数字风机仿真实现二级纯数字风机仿真；用仿真风机运行参数模型模拟运行结合纯数字仿真主控制器，形成三级纯数字风机仿真，用现场数据验证三级纯数字风机仿真，用三级纯数字风机仿真辅助风力发电机组设计，形成良性循环。为风力发电机组和其管控系统的设计开发节省时间和财力，并减少设计失误导致的人财损失。从而解决了现有技术存在的对风电机组进行测试验证麻烦、效率低、成本高、不便及时监控、智能化程度低等问题。

实施例3

如图1至图3所示，本实施例包含实施例1、实施例2的全部技术特征，本实施例在实施例1、实施例2的基础上，提供更细化的实施方式。

本发明使用时，具体可采用以下步骤：

步骤1：按照主控制器10毫秒数据TCP/IP接口设计10ms程序，在风力发电机组主控制器上运行10ms数据采集程序，生成二进制文件并发送到风电场管控系统服务器。

步骤2：按照主控制器1秒数据Modbus TCP协议设计主控制器1秒数据采集程序，在风电场管控系统服务器上运行1秒数据采集程序，从主控制器采集1秒数据并生成二进制文件。

步骤3：设计数据读取程序，按照二进制数据文件保存的数据结构读取数据。并按照主控制器对外数据接口设计程序实现回放对外提供数据，形成初级纯数字风机仿真平台即复制型数值仿真平台。

步骤4：把主控制器的逻辑和算法抽离出来，用程序独立实现形成仿真主控制器程序；对主控制器程序需要输入的参数设计参数接口；

步骤5：把现场录制的数据进行回放并按照仿真主控制器程序接口输入给仿真主控制器程序使用，使主控制器程序运行起来。对比仿真主控制器程序的运行结果和实际录制的数据，不断完善仿真主控制器程序。仿真主控制器程序完善后，将主控制器从传感器采集的数据清单列表导入到仿真主控制器程序，并用算法实现这些数据的自主产生然后按照主控制器程序的接口输入到程序中，使主控制器仿真程序自主运行即二级纯数字风机仿真。主控制器仿真程序按照实际风机主控制器的对接数据接口实现接口程序，与风电场管控系统联合调试，实现测试目的。

步骤6：使用算法模型仿真变桨、偏航、传动链传动效能、发电机模型和变流器模型，叠加纯数字仿真主控制器程序形成纯数字风机仿真平台。

步骤7：使用现场采集到的风速风向、环境温度、海拔高度作为输入参数运行纯数字风机仿真平台，对比纯数字风机仿真平台运行结果与实际风机运行结果，根据差异调整模型，直至纯数字风机仿真平台运行结果与实际风机运行结果接近，完成纯数字风机仿真平台的训练即三级纯数字风机仿真。

步骤8：设计一定湍流下的风速风向模型把风速风向结果以数据接口方式输入纯数字风机仿真平台，通过人机操作接口输入海拔高度和环境温度参数，在线运行纯数字风机仿真平台并在仿真平台上输出运行结果，形成在线数字风机仿真平台即在线三级纯数字风机仿真。

步骤9：风力发电机组设计新机型时，在在线数字风机仿真平台输入参数，模拟风机运行，分析在线运行的数据输出结果指导风机设计。在风机设计完毕实际投入运行后取得数据，使用步骤1在在线平台回放，对比模拟运行和实际运行的数据结果。检验设计和实物的拟合性。逐步完善。同时风电场管控系统也可以与此在线数字风机仿真平台联合运行完成测试验证工作。

本发明具备以上功能：

1、风力发电机组10ms和1秒周期的实际运行数据录制及回放。风力发电机组的数据都由风力发电机组控制器产生。控制器产生的各种运行数据通过对外接口提供给包括风电场智慧管控系统之类的其他系统使用，数据包括10ms周期的数据和1秒周期的数据。设计一种风机数据采集软件，在风机主控制器上运行或者在风电场监控系统服务器上运行。使用私有TCP/IP协议采集风机主控制器10ms数据并保存成二进制文件。使用Modbus TCP协议读取主控制器1秒周期数据并保存成二进制文件。二进制文件可以成块读入内存中且数据结构直接可以读成数组结构，可以实现快速读入用于后续程序使用。对现场录制的二进制10ms和1秒周期的数据文件压缩打包后传送给仿真平台。仿真平台读取二进制文件以同样的数据结构解析文件，读入系统中并以与主控制器同样的协议对外提供数据，风电场智慧管控系统以接入现场风机一样的方式连接仿真平台，实现了现场实际运行机组在实验室的复制性数值仿真即初级纯数字风机仿真，为风电场智慧管控系统测试提供平台。

2、纯数字风机算法及控制逻辑实现。把主控制器的逻辑和算法抽离出来，用程序独立实现形成仿真主控制器程序；对主控制器程序需要输入的参数设计参数接口；把现场录制的数据进行回放并按照仿真主控制器程序接口输入给仿真主控制器程序使用，使仿真主控制器程序运行起来。对比现场实际运行结果和仿真主控制器运行结果，完善仿真主控制器程序。仿真主控制器程序完善后，将主控制器从传感器采集的数据清单列表导入到仿真主控制器程序，并用算法实现这些数据的自主产生然后按照主控制器程序的接口输入到程序中，使主控制器仿真程序自主运行即二级纯数字风机仿真。按照实际风机主控制器的对接数据接口实现接口程序，与风电场管控系统联合调试。

3、纯数字风机模型搭建和仿真迭代，形成纯数字风机仿真平台即三级纯数字风机仿真。使用算法模型仿真变桨、偏航、传动链传动效能、发电机模型和变流器模型，叠加仿真主控制器程序形成纯数字风机仿真平台。使用现场采集到的风速风向、环境温度、海拔高度作为输入参数运行纯数字风机仿真平台，对比纯数字风机仿真平台运行结果与实际风机运行结果，根据差异调整模型，直至纯数字风机仿真平台运行结果与实际风机运行结果接近。

4、设计一定湍流下的风速风向模型把风速风向结果以数据接口方式输入纯数字风机仿真平台，通过人机操作接口输入海拔高度和环境温度参数，运行纯数字风机仿真平台，形成在线测试环境即在线纯数字风机仿真平台。

5、风力发电机组设计新机型时，在在线数字风机仿真平台输入参数，模拟风机运行，分析在线运行的数据输出结果指导风机设计。在风机设计完毕实际投入运行后使用步骤1在在线平台回放现场实际运行的数据，按照步骤3检验设计和实物的拟合性，并逐步完善在线仿真平台。同时风电场管控系统也可以与此在线数字风机仿真平台联合运行完成测试验证工作。

本发明实现以下内容：

1、现场实际风机数据录制，在实验室进行回放，实现风力发电机组纯数字复制性仿真即初级纯数字风机仿真。本发明实现了在实验室用纯数字的方式分析风力发机组设计结果的一种方法。用于分析风力发机组的设计结果并配合风电场智慧管控系统开展联合测试。

2、纯数字风机控制算法和逻辑实现纯数字主控制器仿真。用纯数字方式完成风机主控制器的控制逻辑和算法的仿真，并用纯数字复制性仿真不断训练迭代算法和逻辑直至纯数字主控制器仿真平台训练完毕。实现了一种风机控制算法和逻辑在线测试方法，结合初级纯数字风机仿真实现二级纯数字风机仿真，并为风电场智慧管控系统在线测试和验证提供平台。

3、纯数字风机全模型搭建和仿真迭代实现纯数字仿真平台；用模型和算法实现风机变桨、偏航、传动链、发电机、变流器的模拟运行结合纯数字仿真主控制器，形成纯数字仿真平台。用纯数字复制性仿真不断训练迭代纯数字仿真平台直至纯数字仿真平台训练完成即三级纯数字风机仿真。

4、使用风速风向模型输入参数及其他环境数据输入参数使纯数字风机仿真平台在线自主运行，实现在线三级纯数字风机仿真，辅助风力风电机组设计开发，配合风电场智慧管控系统开展联合测试。使用现场运行结果和仿真运行结果对比方式实现数字背靠背，检验纯数字仿真平台的正确性并以此反复迭代形成良性循环。同时用此平台测试风电场智慧管控系统、辅助控制系统等其他系统的开发验证过程。

本发明是纯数字风机仿真平台的设计和训练流程。从现场采集数据在实验室数据回放，这就是一种纯数字的复制性风机，是初级纯数字风机仿真；纯数字仿真主控制器设计和训练过程和二级纯数字风机仿真的建立。纯数字仿真主控制器程序编写后，通过数据回放即第一步的复制性风机的功能训练和验证的；数字回放+纯数字仿真主控制器形成二级纯数字仿真风机。使用第一步的初级纯数字风机仿真训练变流器等模型，模型训练完后联合纯数字仿真主控制器形成三级纯数字风机仿真，也是全方位的仿真风机。

本发明用实际风机运行数据录制并在仿真平台回放的方式，实现了初级纯数字风机仿真，用纯数字的方式分析风力发机组设计结果的一种方法。本发明用纯数字方式完成风机主控制器的控制逻辑和算法的仿真和测试，实现了一种风机控制算法和逻辑在线测试方法，结合初级纯数字风机仿真实现二级纯数字风机仿真。本发明用模型和算法实现风机变桨、偏航、传动链、发电机、变流器的模拟运行结合纯数字仿真主控制器，形成纯数字仿真平台即三级纯数字风机仿真，使用数字背靠背的方式用现场数据验证三级纯数字风机仿真，用三级纯数字风机仿真辅助风力发电机组设计，形成良性循环。并用此平台测试风电场智慧管控系统、辅助控制系统等其他系统的开发验证过程。为风力发电机组和其管控系统的设计开发节省时间和财力，并减少设计失误导致的人财损失。

复制性数值仿真即初级纯数字风机仿真步骤如下：

步骤11：按照主控制器1毫秒接口设计1毫秒数据采集程序

步骤12:程序在风机主控制器运行，将采集到的二进制数据发送到监控系统服务器

步骤13：按照主控制器1秒数据接口设计1秒数据采集程序在监控服务器运行,采集程序采集各台风机的二进制数据文件

步骤14：压缩拷贝二进制文件至仿真平台

步骤15：设计风力发电机组复制性仿真平台。按照从现场获取的二进制数据文件的数据结构解析数据存入系统

步骤16：按照风力发电机组10毫秒数据对外接口和1秒对外数据接口设计接口程序，将获取的现场数据回放。

步骤17:分析风力发电机组运行及发电等能力是否符合设计，风电场管控系统对接本系统测试验证风电场管控系统是否符合设计要求。

纯数字仿真主控制器及二级纯数字风机仿真建立步骤如下：

步骤21：从风力发电机组主控制器中抽取控制算法和控制逻辑，按照算法和逻辑运行需要的参数设计参数接口，形成纯数字仿真主控制器；

步骤22：用算法数据模拟主控制器运行需要的实际传感器数据

步骤23：复制性数值仿真按照纯数字仿真主控制器参数接口回放数据

步骤24：纯数字仿真主控制器输出运行结果，与复制性数值仿真输出结果对比，按差异调整纯数字仿真主控制器模型、算法和参数，直至迭代完毕。

步骤25：将主控制器从传感器采集的数据清单列表导入到仿真主控制器程序，并用算法实现这些数据的自主产生

步骤26：自主产生的数据按照主控制器程序的接口输入到程序中，使主控制器仿真程序自主运行形成二级纯数字风机仿真。

步骤27：主控制器仿真程序按照实际风机主控制器的对接数据接口实现接口程序，与风电场管控系统联合调试。既可以验证主控制器程序和逻辑又可以验证风电场管控系统。

纯数字风机仿真平台建立步骤如下：

步骤31：设计算法模型仿真变桨、偏航、传动链传动效能、发电机模型和变流器模型。

步骤32：步骤31结果与纯数字仿真主控制器联合叠加形成纯数字风机仿真平台。

步骤33：复制性数值仿真输出风速风向、环境温度、海拔高度作为纯数字风机仿真平台的输入参数。

步骤34：纯数字风机仿真平台运行结果与复制性数值仿真输出结果对比，按差异调整变桨、偏航、传动链、发电机和变流器模型及参数，直至迭代完毕。

在线纯数字仿真平台建立步骤：

步骤41：设计风速风向模型根据湍流值不断输出数据，设计海拔及温度接口数据。

步骤42：将步骤1的参数输入到纯数字风机仿真平台，使纯数字仿真平台自主运行即在线三级纯数字仿真平台建立完毕。

步骤43：分析纯数字仿真平台的各种参数和运行结果辅助风力发电机组设计。

步骤44:对接风电场管控系统，为风电场管控系统测试验证提供支持。

本发明设计一种风力发电机组纯数字在线仿真平台。用实际风机运行数据录制并在仿真平台回放的方式，实现了用纯数字的方式分析风力发机组设计结果的一种方法及初级纯数字风机仿真。本发明用纯数字方式完成风机主控制器的控制逻辑和算法的仿真和测试，实现了一种风机控制算法和逻辑在线测试方法，结合初级纯数字风机仿真实现二级纯数字风机仿真。本发明用模型和算法实现风机变桨、偏航、传动链、发电机、变流器的模拟运行结合纯数字仿真主控制器，形成高级纯数字风机仿真平台，使用数字背靠背的方式用初级纯数字仿真验证高级纯数字风机仿真平台，用高级纯数字风机仿真平台辅助风力发电机组设计，形成良性循环。并用此平台测试风电场智慧管控系统、辅助控制系统等其他系统的开发验证过程。为风力发电机组和其管控系统的设计开发节省时间和财力，并减少设计失误导致的人财损失。

本发明主要特征包括：

1)用实际风机运行数据录制并在仿真平台回放的方式，实现风力发电机组纯数字复制性仿真即初级风机仿真平台；用于风力发电机组的设计分析和风电场管控系统的测试验证。

2)纯数字风机主控制器仿真和中级纯数字风机仿真平台建立和过程。用纯数字方式完成风机主控制器的控制逻辑和算法的仿真，用算法数据模拟实际传感器数据的产生，用初级风机仿真平台不断迭代控制逻辑和算法，完成纯数字风机主控制器仿真。纯数字风机主控制器仿真与初级风机仿真平台叠加形成二级纯数字风机仿真平台。

3)纯数字风机仿真平台建立过程即三级纯数字风机仿真平台。用纯数字主控制器仿真和建立的变桨、偏航、传动链、发电机和变流器模型联合形成三级纯数字风机仿真，并用纯数字复制性仿真不断测试迭代直至纯数字风机仿真训练完成。

4)三级在线纯数字风机仿真平台建立过程。用风速风向模型输出数据及海拔及温度数据运行纯数字风机仿真，形成在线三级纯数字风机仿真平台。

如上所述，可较好地实现本发明。

本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种纯数字风力发电机组在线仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，从现场采集数据在实验室进行数据回放，形成初级纯数字风机仿真平台；

S2，建立纯数字仿真主控制器程序，利用初级纯数字风机仿真平台对纯数字仿真主控制器程序进行训练，形成二级纯数字风机仿真平台；

S3，构建仿真风机运行参数模型，使用初级纯数字风机仿真平台对仿真风机运行参数模型进行训练，训练后的仿真风机运行参数模型叠加纯数字仿真主控制器程序形成纯数字风机仿真平台,使用初级纯数字风机仿真平台训练纯数字风机仿真平台形成三级纯数字风机仿真平台。

2.根据权利要求1所述的一种纯数字风力发电机组在线仿真方法，其特征在于，步骤S1包括以下步骤：

S11，采集风机的运行数据，并生成二进制文件；

S12，读取二进制文件数据，并对外提供数据实现数据回放。

3.根据权利要求2所述的一种纯数字风力发电机组在线仿真方法，其特征在于，步骤S11包括以下步骤：

S111，在风力发电机组主控制器上设置并运行数据采集程序，生成二进制文件并发送到风电场管控系统服务器；

S112，在风电场管控系统服务器上设置并运行数据采集程序，从主控制器采集并生成二进制文件。

4.根据权利要求3所述的一种纯数字风力发电机组在线仿真方法，其特征在于，步骤S111中，在风力发电机组主控制器上运行10ms数据采集程序。

5.根据权利要求4所述的一种纯数字风力发电机组在线仿真方法，其特征在于，步骤S112中，在风电场管控系统服务器上运行1秒数据采集程序，从主控制器采集1秒数据并生成二进制文件。

6.根据权利要求1至5任一项所述的一种纯数字风力发电机组在线仿真方法，其特征在于，步骤S2包括以下步骤：

S21，将现场录制的数据进行回放并按照仿真主控制器程序接口输入给仿真主控制器程序使用，使主控制器程序运行起来；

S22，对比仿真主控制器程序的运行结果和数据回放的数据，不断完善仿真主控制器程序；

S23，仿真主控制器程序完善后，将主控制器从传感器采集的数据清单列表导入到仿真主控制器程序，并用算法实现数据的自主产生，然后按照主控制器程序的接口输入到程序中，使主控制器仿真程序自主运行形成二级纯数字风机仿真平台。

7.根据权利要求6所述的一种纯数字风力发电机组在线仿真方法，其特征在于，步骤S3包括以下步骤：

S31，构建仿真风机运行参数模型，利用步骤S1中的初级纯数字风机仿真平台训练仿真风机运行参数模型，训练后的仿真风机运行参数模型叠加纯数字仿真主控制器程序形成纯数字风机仿真平台；

S32，利用S1中的初级纯数字风机仿真平台，以现场采集到的风速风向、环境温度和/或海拔高度作为输入参数作为参数对步骤S31中形成的纯数字风机仿真平台进行训练，生成纯数字风机仿真平台运行结果；

S33，直至纯数字风机仿真平台运行结果与实际风机运行结果匹配，步骤S32中对步骤S31中形成的纯数字风机仿真平台的训练完毕，形成三级纯数字风机仿真平台。

8.根据权利要求7所述的一种纯数字风力发电机组在线仿真方法，其特征在于，步骤S31中，设计算法模型仿真变桨系统、偏航系统、传动链系统、发电机和/或变流器构建仿真风机运行参数模型。

9.根据权利要求8所述的一种纯数字风力发电机组在线仿真方法，其特征在于，还包括以下步骤：

S4，利用风电场管控系统与三级纯数字风机仿真平台进行联合测试。

10.一种纯数字风力发电机组在线仿真平台，其特征在于，适用于权利要求1至9任一项所述一种纯数字风力发电机组在线仿真方法，包括以下模块：

初级纯数字风机仿真平台形成模块：用以从现场采集数据在实验室进行数据回放，形成初级纯数字风机仿真平台；

二级纯数字风机仿真平台形成模块：用以建立纯数字仿真主控制器程序，利用初级纯数字风机仿真平台对纯数字仿真主控制器程序进行训练，形成二级纯数字风机仿真平台；

三级纯数字风机仿真平台形成模块：用以建立仿真风机运行参数模型，使用初级纯数字风机仿真平台对仿真风机运行参数模型进行训练，训练后的仿真风机运行参数模型叠加纯数字仿真主控制器程序形成未经训练的三级纯数字风机仿真平台,使用初级纯数字风机仿真平台训练未经训练的三级纯数字风机仿真平台形成训练后的三级纯数字风机仿真平台。

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