CN118295312A - 一种基于hi-lab风电机组仿真测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于HI‑LAB风电机组仿真测试系统，包括：风电机组仿真测试平台、PLC测试平台、测试电脑以及整套风电机组主控系统。本发明，通过风电机组仿真测试平台、PLC测试平台、测试电脑以及整套风电机组主控系统的配合使用，能够完全脱离变桨系统、变频系统、偏航系统、传动链系统、发电机系统以及测风系统设备，即可实现整个风机的模拟控制；风电机组仿真测试平台具备读取风电场机组运行记录数据，作为仿真系统输入，模拟现场风机的运行情况，用于故障回溯和分析；可以兼容不同的通讯协议、控制器，便于不同机型的仿真测试；可以在原有基础上进行二次开发，适应新机型的仿真测试；可以接入实际的风机系统设备。

Description

一种基于HI-LAB风电机组仿真测试系统

技术领域

本发明涉及风电技术领域，尤其涉及一种基于HI-LAB风电机组仿真测试系统。

背景技术

风力发电机组是将风的动能转换为电能的系统。当前的风电机组仿真测试系统，多采用实际的变桨、变频、测风系统等硬件设备来搭建仿真系统，应用真实的变桨、变频系统来组建仿真测试系统，不仅占用设备资源，且仅限于某一种机型，不便每一个机型都去配套一套变桨和变频系统；使用真实的测风系统，不仅占用资源，且在实验室环境不能模拟真实的风电场风况，风况不能切合现场状态；不具备接入实际设备的测试功能；以及不能够模拟验证风机的实际故障。

发明内容

本发明旨在解决现有技术的不足，而提供一种基于HI-LAB风电机组仿真测试系统。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：

一种基于HI-LAB风电机组仿真测试系统，包括：风电机组仿真测试平台、PLC测试平台、测试电脑以及整套风电机组主控系统；

其中，所述风电机组仿真测试平台包括UPS电源、显示器、PXI机箱、三相标准测试源、监控计算机、16路交换机、信号调理箱以及电阻调节箱；

其中，所述UPS电源能够为显示器、PXI机箱、三相标准测试源以及16路交换机提供持续电源，保持仿真测试平台的正常运行；

其中，所述显示器用于显示仿真程序的实时运行状态；

其中，所述PXI机箱包括工业数字量输出模块、工业数字量输入模块、数字可重配置I/O模块、多协议接口模块以及仿真设备；

其中，所述三相标准测试源用于模拟网侧电能信号；

其中，所述监控计算机运行HI-LAB软件，能够配置或修改模型程序的参数、映射与PLC测试平台交互的变量地址，并能够修改模型的输入变量；

其中，所述16路交换机用于PXI机箱、监控计算机以及PLC的测试平台信号的转换；

其中，所述信号调理箱用于集成PXI机箱的信号引出接口，便于PXI机箱和外部之间的连接；

其中，所述电阻调节箱用来模拟PT信号，输入给PLC测试平台；

其中，PLC测试平台包括PLC控制器、总线耦合器、数字量I/O模块、模拟量I/O模块以及通讯模块；

其中，所述PLC控制器用于运行风电机组的主控PLC程序；

其中，所述总线耦合器组建主控系统的子站；

其中，所述数字量I/O模块、模拟量I/O模块以及通讯模块用于响应主控程序的输入和输出，并通过信号调理箱与PXI机箱进行信息交互；

其中，所述测试电脑用于主控程序的编制、编译以及参数修改，同时可以监测PLC主控程序的运行。

作为优选的技术方案，所述显示器、PXI机箱、三相标准测试源以及16路交换机分别与UPS电源电性连接。

作为优选的技术方案，所述显示器与PXI机箱电性连接。

作为优选的技术方案，所述PXI机箱以及PLC控制器分别与16路交换机电性连接。

作为优选的技术方案，所述三相标准测试源与模拟量I/O模块电性连接。

作为优选的技术方案，所述监控计算机通过网线接入16路交换机。

作为优选的技术方案，所述信号调理箱与PXI机箱电性连接。

作为优选的技术方案，所述电阻调节箱与模拟量I/O模块电性连接。

作为优选的技术方案，所述PLC测试平台通过信号调理箱以及导线配合与风电机组仿真测试平台连接。

作为优选的技术方案，所述测试电脑通过网线接入PLC控制器。

本发明的有益效果是：通过风电机组仿真测试平台、PLC测试平台、测试电脑以及整套风电机组主控系统的配合使用，能够完全脱离变桨系统、变频系统、偏航系统、传动链系统、发电机系统以及测风系统设备，即可实现整个风机的模拟控制；风电机组仿真测试平台具备读取风电场机组运行记录数据，作为仿真系统输入，模拟现场风机的运行情况，用于故障回溯和分析；可以兼容不同的通讯协议、控制器，便于不同机型的仿真测试；可以在原有基础上进行二次开发，适应新机型的仿真测试；可以接入实际的风机系统设备。

附图说明

图1为本发明一种基于HI-LAB风电机组仿真测试系统的结构示意图；

图2为本发明一种基于HI-LAB风电机组仿真测试系统的仿真流程图；

本发明中的附图皆为示意图，其大小不代表实际尺寸；

以下将结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

实施例1

如图1所示，一种基于HI-LAB风电机组仿真测试系统，包括：风电机组仿真测试平台100、PLC测试平台200、测试电脑300以及整套风电机组主控系统，所述测试电脑300用于主控程序的编制、编译以及参数修改，同时可以监测PLC主控程序的运行；

所述风电机组仿真测试平台100包括UPS电源110、显示器120、PXI机箱130、三相标准测试源140、监控计算机150、16路交换机160、信号调理箱170以及电阻调节箱180；所述UPS电源110能够为显示器120、PXI机箱130、三相标准测试源140以及16路交换机160提供持续电源，保持仿真测试平台的正常运行；所述显示器120用于显示仿真程序的实时运行状态；所述PXI机箱130包括工业数字量输出模块、工业数字量输入模块、数字可重配置I/O模块、多协议接口模块以及仿真设备，仿真设备用于运行仿真模型程序和仿真环境，使用HI-LAB编程搭建仿真环境HIL平台，基于Simulink构建风速和风向、发电机、偏航、传动链、变桨、变频器等模型，并将模型的输出数据通过HIL平台，经相关模块和PLC测试平台200主控系统进行信息交互；所述三相标准测试源140用于模拟网侧电能信号(电压、电流以及频率等)；所述监控计算机150运行HI-LAB软件，能够配置或修改模型程序的参数、映射与PLC测试平台200交互的变量地址，并能够修改模型的输入变量；所述16路交换机160用于PXI机箱130、监控计算机150以及PLC的测试平台200信号的转换；所述信号调理箱170用于集成PXI机箱130的信号引出接口，便于PXI机箱130和外部之间的连接；所述电阻调节箱180用来模拟PT信号，输入给PLC测试平台200；

实施例2

如图1所示，本实施例提供的一种基于HI-LAB风电机组仿真测试系统，与实施例1的不同之处在于：

PLC测试平台包括PLC控制器210、总线耦合器220、数字量I/O模块230、模拟量I/O模块240以及通讯模块250；所述PLC控制器210用于运行风电机组的主控PLC程序；所述总线耦合器220组建主控系统的子站，当主控制器带的模块数量太多，或者有距离的组建分控系统；所述数字量I/O模块230、模拟量I/O模块240以及通讯模块250用于响应主控程序的输入和输出，并通过信号调理箱170与PXI机箱130进行信息交互。

实施例3

如图1所示，本实施例提供的一种基于HI-LAB风电机组仿真测试系统，与实施例2的不同之处在于：

所述显示器120、PXI机箱130、三相标准测试源140以及16路交换机160分别与UPS电源110电性连接；所述显示器120与PXI机箱130电性连接，当仿真模型程序系统运行的时候，显示器120用于显示仿真程序的实时运行状态，是PXI机箱130运行的外在状态显示；所述PXI机箱130以及PLC控制器210分别与16路交换机160电性连接，16路交换机160用于为PXI机箱130、监控计算机150以及PLC控制器210提供信息传递的中转站；所述三相标准测试源140与模拟量I/O模块240电性连接，可以输出模拟电网信号输入给PLC测试平台200，作为仿真测试系统的电网信号输入；所述监控计算机150通过网线接入16路交换机160，使监控计算机150与仿真设备PXI机箱130连接，可以运行HI-LAB软件和仿真模型，可以配置或修改模型程序、与PLC测试平台200的映射变量地址及运行操作，当配置或修改完成，通过16交换机160将新的模型程序下装到PXI机箱130，同时也可以监控仿真模型程序的运行情况；所述信号调理箱170与PXI机箱130电性连接，将PXI机箱130的工业数字量输出模块、工业数字量输入模块、数字可重配置I/O模块以及多协议接口模块的接口统一接到并固定于信号调理箱170，用总线接口形式与PLC测试平台200对接，便于端口管理；所述电阻调节箱180与模拟量I/O模块240电性连接，具备32路可调电阻，用于模拟PT100的信号输入给PLC测试平台200，防止缺失PT信号而报出不必要的故障；所述PLC测试平台200通过信号调理箱170以及导线配合与风电机组仿真测试平台100连接，运行主控程序与其进行信息交互；所述测试电脑300通过网线接入PLC控制器210。

本发明的工作原理是：

如图2所示

S1、根据测试机型的主控系统I/O点数和类型以及电路原理图，编制对应的I/O点表；根据实际运行变桨、变频器等设备的通讯EDS协议、通讯方式，编制EDS协议文件；

根据实际使用的Profibus GSD协议，编制描述协议数据字段定义的相关文档；

根据测试机型的PLC主控逻辑，确定主控与各设备(Bladed、变桨、变频器、AIO、DIO以及PT)之间信号运算处理关系，便于配置运算公式。

结合风电机组仿真测试平台100的硬件I/O资源和通讯协议，编制风电机组仿真测试平台100的配置文件。

S2、在基于HI-LAB软件开发的HZ01仿真测试应用程序软件环境下创建项目文件；

S3、根据配置文件在项目文件中进行系统配置，包含目标机配置、硬件配置、公式计算配置、信号路由搭建、用户通道建设以及模型I/O配置；

其中：

a、目标机配置：主要设置其名称、操作系统、IP地址、描述信息等；

b、硬件配置：主要添加设备、参数配置(I/O和总线)；

I/O类硬件的配置参数主要包括“名称”和“硬件参数”；“名称”为硬件的唯一标识；“硬件参数”为硬件执行的基本参数，包括通道、测量类型、最大值、最小值、默认值等信息，数字I/O与模拟I/O的参数配置略有不同，根据实际情况进行配置；

总线类硬件的配置参数因总线类型不同，相应硬件所需配置的参数也有所不同；

c、信号配置：为硬件的物理通道配置仿真测试环境中的系统信号；

I/O类硬件为每个通道配置一个系统信号，用户可将系统中的I/O信号信息按照信号类型(AI，AO，DI以及DO等)记录在Excel文件的多个Sheet中，包括信号名称、描述信息、默认值和单位等信息，用户导入Excel文件添加系统信号，然后将信号拖拽至指定的物理通道，即可将信号与通道进行对应，同时信号的默认值、描述等信息都将记录至仿真系统中；

d、反射内存设置：实现反射内存与模型之间的参数传递；

e、数据保存配置：实现指定通道数据的本地TDMS文件保存，便于离线分析和查看；

f、公式计算配置：实现对数据提供方进行公式计算，将计算结果赋值给数据需求方的功能；

g、信号别名配置：用于为系统信号指定新的名称，为确保名称唯一且可辨识度高，系统信号默认为其路径名称，为了方便辨认以及快速定位信号，可通过为信号设置信号别名的方式为信号重新定义名称；

h、数据路由配置：用于配置系统信号的路由信息，在软件层面将系统信号构成回环，是搭建仿真环境中的重要环节；

i、用户通道建设：可创建系统变量(类似局部变量)，用于数据观测或者中间数据传递；

j、模型设置：主要用于声明在指定下位机将要运行的模型，设置模型的运行参数，以及模型内部参数的初始值，添加配套测试机型的Simulink模型，并进行模型名称、模型执行参数、模型输入输出端口、模型内部参数以及模型内部信号的配置修改；

S4、根据测试机型的用户需求进行模型参数调整，便于调试；

S5、当模型调参结束，即可部署运行；

S6、风电机组仿真测试平台100运行过程，故障注入，手动干预系统信号的实时值，观察特定情况下系统的运行状况以及相关信号的数据变化，一方面可以确认是否配置完善，另一方面可以实现现场故障的溯源测试；

若是信号数据不匹配，重新根据测试需求确认配置文件，修改配置；

当风电机组仿真测试平台100的数据变化和需求一致，即信号匹配完善；

S7、当配置完善正确，风电机组仿真测试平台100运行测试数据符合测试需求，即可联合PLC测试平台200进行风电机组系统仿真测试；

S8、为了监测风电机组仿真测试平台100，仿真过程中相关数据的变化，搭建用户自定义的监控界面；可以通过拖拽的方式将控件添加至界面，并将控件与系统信号进行关联，运行控件，即可通过数据监视功能实现实时查看相关数据在运行过程中状态变化；

S9、当监控界面搭建完成，根据测试机型的测试验证工况，进行需求的仿真测试。

S10、此基于HI-LAB的风电机组仿真测试系统，具备将测试过程的实验数据下载到本地进行离线分析，此功能可以数据读取和波形绘制，并支持数据选择，多条波形曲线同时查看等功能、曲线颜色、粗细以及样式等修改。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于HI-LAB风电机组仿真测试系统，其特征在于，包括：风电机组仿真测试平台100、PLC测试平台200、测试电脑300以及整套风电机组主控系统，其中：

所述风电机组仿真测试平台100包括UPS电源110、显示器120、PXI机箱130、三相标准测试源140、监控计算机150、16路交换机160、信号调理箱170以及电阻调节箱180；

所述UPS电源110能够为显示器120、PXI机箱130、三相标准测试源140以及16路交换机160提供持续电源，保持仿真测试平台的正常运行；

所述显示器120用于显示仿真程序的实时运行状态；

所述PXI机箱130包括工业数字量输出模块、工业数字量输入模块、数字可重配置I/O模块、多协议接口模块以及仿真设备；

所述三相标准测试源140用于模拟网侧电能信号；

所述监控计算机150运行HI-LAB软件，能够配置或修改模型程序的参数、映射与PLC测试平台200交互的变量地址，并能够修改模型的输入变量；

所述16路交换机160用于PXI机箱130、监控计算机150以及PLC的测试平台200信号的转换；

所述信号调理箱170用于集成PXI机箱130的信号引出接口，便于PXI机箱130和外部之间的连接；

所述电阻调节箱180用来模拟PT信号，输入给PLC测试平台200；

PLC测试平台包括PLC控制器210、总线耦合器220、数字量I/O模块230、模拟量I/O模块240以及通讯模块250；

所述PLC控制器210用于运行风电机组的主控PLC程序；

所述总线耦合器220组建主控系统的子站；

所述数字量I/O模块230、模拟量I/O模块240以及通讯模块250用于响应主控程序的输入和输出，并通过信号调理箱170与PXI机箱130进行信息交互；

所述测试电脑300用于主控程序的编制、编译以及参数修改，同时可以监测PLC主控程序的运行。

2.根据权利要求1所述的基于HI-LAB风电机组仿真测试系统，其特征在于，所述显示器120、PXI机箱130、三相标准测试源140以及16路交换机160分别与UPS电源110电性连接。

3.根据权利要求2所述的基于HI-LAB风电机组仿真测试系统，其特征在于，所述显示器120与PXI机箱130电性连接。

4.根据权利要求3所述的基于HI-LAB风电机组仿真测试系统，其特征在于，所述PXI机箱130以及PLC控制器210分别与16路交换机160电性连接。

5.根据权利要求4所述的基于HI-LAB风电机组仿真测试系统，其特征在于，所述三相标准测试源140与模拟量I/O模块240电性连接。

6.根据权利要求5所述的基于HI-LAB风电机组仿真测试系统，其特征在于，所述监控计算机150通过网线接入16路交换机160。

7.根据权利要求6所述的基于HI-LAB风电机组仿真测试系统，其特征在于，所述信号调理箱170与PXI机箱130电性连接。

8.根据权利要求7所述的基于HI-LAB风电机组仿真测试系统，其特征在于，所述电阻调节箱180与模拟量I/O模块240电性连接。

9.根据权利要求8所述的基于HI-LAB风电机组仿真测试系统，其特征在于，所述PLC测试平台200通过信号调理箱170以及导线配合与风电机组仿真测试平台100连接。

10.根据权利要求9所述的基于HI-LAB风电机组仿真测试系统，其特征在于，所述测试电脑300通过网线接入PLC控制器210。