CN212898800U - 一种风力发电机组仿真测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种风力发电机组仿真测试系统，包括：系统监控设备、硬件I/O设备主机、配电系统、接线装置即接线端子和通讯装置，所述系统监控设备和硬件I/O设备主机之间为网络连接；所述硬件I/O设备主机和风力发电机组控制系统即风机主控系统之间采用I/O连接，通信连接；所述硬件I/O设备、配电系统、接线端子、通讯装置设置于测试控制柜即机柜内。所述仿真测试系统实现了风力发电机组控制系统和各重要部件系统性测试，可进行风电机组仿真过程中动态效果展示，包括机组初始化、待机、启机、运行、发电、停机、故障等效果的展示，能够保证风力发电机组和机组各组成部件运行的可靠性、稳定性、正确性和高效性。

Description

一种风力发电机组仿真测试系统

技术领域

本实用新型属于风力发电领域，特别涉及一种风力发电机组仿真测试系统。

背景技术

随着国家十多年来对新能源领域、特别是风电领域的持续扶持与投入。风电领域迎来了快速的发展，但是快速发展的同时也带来了质量难以把控等问题。基于风力发电本身的特点决定了风力发电技术上的不确定性与不可控性。从而导致了在近几年，风力发电机组整机的质量逐渐成为行业关注的焦点。

目前在风力发电机组的电控系统主控的测试技术中，主流的测试方法是软硬分离，即软件部分通过纯软仿真环境来测试，硬件输入输出以及协议通过单独的IO模块来进行测试。这种测试方法虽然可以排除部分软硬件自身的故障，但是无法解决主控系统软硬结合部分的故障与问题。而电控系统中主控代码中有至少30％的代码量用于编写硬件IO与硬件协议。这导致很多协议层、硬件层以及协议、硬件与软件逻辑的结合问题频发。归根结底，这种测试方法的问题在于没有将电控系统主控作为一个整体的测试对象来测试。

硬件在环仿真测试(HIL)为将电控系统主控作为一个整体进行测试提供了一种可行的思路。硬件在环仿真测试的核心在于用能够模拟受控对象行为的仿真系统来替换真实的受控对象进行控制器的验证，从安全性、可行性和合理的成本上考虑，硬件在环仿真测试已经成为开发流程中非常重要的一环，减少了实车路试的次数，在缩短开发时间和降低成本的同时提高软件质量，降低厂家的风险。

在现有工作中，为了更加确切的反映和测试风机控制系统的控制逻辑，增加试验结果的可信度，需要逐步把仿真的环节置换为真实的受控对象，进行完整的系统测试。同时，需要在风机控制系统的控制逻辑及环境验证到达一定程度后，将原来是仿真的环节替换为真实的被控对象，并在验证风机控制逻辑的正确性的同时还可以对被控对象进行测试，以验证整个风机系统的控制策略和实际运行情况与先前的设计是否相符。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种风力发电机组仿真测试系统。

本实用新型的风力发电机组仿真测试系统，包括：系统监控设备、硬件I/O设备主机、配电系统、接线装置和通讯装置，

所述系统监控设备和硬件I/O设备主机之间为网络连接；

所述硬件I/O设备主机和风力发电机组控制系统之间采用I/O连接和通信连接；

所述硬件I/O设备主机、配电系统、接线装置、通讯装置设置于测试控制柜内，所述硬件I/O设备主机连接所述配电系统和通讯装置，所述通讯装置连接所述配电系统、接线装置。

进一步，

所述I/O连接和通信连接由信号线缆和通信线缆实现，所述信号线缆和通信线缆的接口由海量连接器提供，在所述测试控制柜上提供所述海量连接器的连接器接口。

进一步，

所述硬件I/O设备主机包括控制器、机箱、数字输入/输出模块、模拟输入/输出模块、仿真模块、串口通信模块、通信模块、FPGA模块，

所述FPGA模块用于实现仿真编码器和SSI信号。

进一步，

所述配电系统包括UPS电源、开关电源、继电器和接触器。

进一步，

所述接线装置为接线端子。

进一步，

所述控制柜为机柜。

进一步，

所述机柜内设有温度控制器、隔尘防潮装置；

所述机柜内框架采用铝型材构成，相邻所述铝型材之间导电，所述机柜的面板、侧门、后门均实现多点电连接，以保证机柜及仪器接入点的等电位处理；

所述机柜各个连接处，均设有电磁屏蔽材料；

所述机柜的仪器上架设有L型导轨配合衬板，对机柜所装载的仪器采用紧固螺钉安装。

进一步，

所述系统监控设备为笔记本电脑或台式计算机。

进一步，

所述系统监控设备和硬件I/O设备主机通过网络交换机实现网络连接。

进一步，

所述系统监控设备中设有风力发电机组仿真模型；

所述系统监控设备包括硬件配置模块、模型/算法导入模块、数据路由模块、数据监控模块、故障注入模块、自动测试序列模块以及离线数据管理和报表模块中的一个或几个。

本实用新型的风力发电机组仿真测试系统基于硬件在环仿真测试(HIL)，实现了风力发电机组控制系统和各重要部件系统性测试，可进行风电机组仿真过程中动态效果展示，能够保证风力发电机组和机组各组成部件运行的可靠性、稳定性、正确性和高效性。本实用新型的风力发电机组仿真测试系统还具有良好的恒温控制、除尘防潮、电磁屏蔽等效果，保证了机柜及仪器接入点的等电位处理、具有灵活的上架安装方式，性能稳定，受工作环境影响小。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本实用新型实施例的风力发电机组仿真测试系统基本结构图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型的风力发电机组仿真测试系统包括：系统监控设备如笔记本电脑或台式计算机、硬件I/O设备主机即高速硬件I/O设备，系统监控设备和硬件I/O设备主机可通过网络交换机实现网络连接。硬件I/O设备主机和风力发电机组控制系统即风机主控系统之间采用I/O连接和Profibus通信连接。风力发电机组仿真测试系统在系统监控设备的环仿真测试平台软件上运行HZ-01软件。

本实用新型的风力发电机组仿真测试系统还包括配电系统、接线装置即接线端子和通讯装置等组成。系统监控设备中设有风力发电机组仿真模型，所述风力发电机组仿真测试系统采用真实的信号和通讯线缆与被测设备(即风机主控系统)相连，通过数据实时传输与处理、多平台风机模型无缝连接、数据实时显示等功能组件，所述风力发电机组仿真测试系统与风机主控系统结合组成了半实物实时在环仿真测试系统。

所述高速硬件I/O设备主机、配电系统、接线端子、通讯装置等放置在为仿真测试系统定制的测试控制柜即机柜内，所述硬件I/O设备主机连接所述配电系统和通讯装置，所述通讯装置连接所述配电系统、接线装置。同时，所述I/O连接和Profibus通信连接由信号线缆和通信线缆实现，所述信号线缆和通信线缆的接口由海量连接器提供，在所述测试控制柜上提供所述海量连接器的连接器接口。

高速硬件I/O设备主机由PXI控制器、PXI机箱、数字输入/输出模块、模拟输入/输出模块、PT100仿真模块、串口通信模块、Profibus通信模块、FPGA模块(用于实现仿真编码器和SSI信号)组成；配电系统由UPS电源、开关电源、继电器和接触器等组成。

机柜用于装载和固定风力发电机组仿真测试系统的所有硬件设备，选用19寸机柜。机柜具备如下特点：

1)恒温控制：机柜具备温度控制器，针对一般用途，在设计的20～60℃内，自动调节机柜内部的气流速度，达到控制机柜内部温度的目的。针对特殊用途预留空调接口，可以提供完善的恒温控制。

2)除尘防潮：机柜设有隔尘防潮装置，具备隔尘防潮处理功能，在特殊需要的场合，可以通过选配相应的隔尘和防潮组件，最高可达到IP6防护等级，保证机柜内部空气的清洁和干燥。

3)等电位体：系统内框架采用铝型材构成，铝型材之间采用导电处理。针对特殊应用，机柜的面板和侧门，后门均可以实现多点电连接，保证机柜及仪器接入点的等电位处理。

4)电磁屏蔽：针对特殊应用，在机柜各个连接处，均可添加电磁屏蔽材料，以达到较好的电磁屏蔽效果。

5)灵活的上架安装方式：所述机柜的仪器上架设有L型导轨配合衬板，对机柜所装载的仪器采用紧固螺钉安装，所述紧固螺钉安装可以基于仪器的安装尺寸任意调整，不用再担心仪器尺寸不规范造成的安装空隙不均匀。

6)丰富的仪器上架组件：结合多年系统集成和设计的经验，提供各种标准化的和新应用的安装组件设计。

本实用新型的风力发电机组仿真测试系统模拟风机需要的数字量输入、数字量输出以模拟量输入等信号，经过通讯设备将所述信号传送给风机可编程逻辑控制器(PLC)I/O设备。

本实用新型的风力发电机组仿真测试系统的软件部分基于NI LabVIEW和第三方编程/建模软件环境，导入了控制算法、仿真模型和其他任务。本实用新型的风力发电机组仿真测试系统的软件部分支持运行时可编辑的数据监控用户界面，所述界面包含用于强制赋值、警报监控、图表显示、自动测试与控制等的多种类型控件，并支持控件库扩展。HZ-01软件平台的使用不需要掌握编程知识，但是可以在多种不同的软件环境进行自定义和扩展，如NI LabVIEW、C/C++、C#，以及其他建模/编程环境。

HZ-01软件平台采用通用的引擎设计架构，所有模块独立开发，又包含有通用的数据和通讯接口，所述接口可用于用户界面、模型调参、自动测试、故障注入、离线分析、系统配置。所述模块可根据具体的软件需求进行裁剪或添加。风力发电机组仿真测试系统中，系统监控设备主要使用的HZ-01模块有：硬件配置，模型/算法导入、数据路由、数据监控、故障注入、自动测试序列以及离线数据管理和报表模块。

风力发电机组仿真测试系统软件，在使用上主要分为三个层面：

一、系统配置，可用来设置HZ-01软件平台实时引擎待执行任务的相关参数，如处理器内核、系统执行步长等。

二、测试工作区，主要用于在风力发电机组仿真测试系统执行仿真测试任务时，实时监控测试数据，并实现自动测试和报表生成。

三、离线数据处理，用于风力发电机组仿真系统实验完成以后下载实验过程中已经保存的数据文件，并进行波形查看分析。

本实用新型的风力发电机组仿真模型的具体功能如下：

1.风机变桨状态显示，可通过图表显示变桨角度；

2.风机偏航状态显示，实时显示风机偏航角度；

3.风机故障信息显示，通过列表的方式显示状态码和详细的描述信息。

4.采用图形化控件显示继电器的通断状态；

5.可通过在界面上控制继电器的通断实现异常状态模拟；

6.显示机舱、塔基的各种传感器状态信息。

本实用新型的风力发电机组仿真测试系统实现了风力发电机组控制系统和各重要部件系统性测试，可进行风电机组仿真过程中动态效果展示，包括机组初始化、待机、启机、运行、发电、停机、故障等效果的展示，能够保证风力发电机组和机组各组成部件运行的可靠性、稳定性、正确性和高效性。

本实用新型的风力发电机组仿真测试系统基于硬件在环仿真测试，实现了风力发电机组控制系统和各重要部件系统性测试，可进行风电机组仿真过程中动态效果展示，能够保证风力发电机组和机组各组成部件运行的可靠性、稳定性、正确性和高效性。本实用新型的风力发电机组仿真测试系统还具有良好的恒温控制、除尘防潮、电磁屏蔽等效果，保证了机柜及仪器接入点的等电位处理、具有灵活的上架安装方式，性能稳定，受工作环境影响小。

尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种风力发电机组仿真测试系统，其特征在于，包括：系统监控设备、硬件I/O设备主机、配电系统、接线装置和通讯装置，

所述系统监控设备和硬件I/O设备主机之间为网络连接；

所述硬件I/O设备主机和风力发电机组控制系统之间采用I/O连接和通信连接；

所述硬件I/O设备主机、配电系统、接线装置、通讯装置设置于测试控制柜内，所述硬件I/O设备主机连接所述配电系统和通讯装置，所述通讯装置连接所述配电系统、接线装置。

2.根据权利要求1所述的一种风力发电机组仿真测试系统，其特征在于，

所述I/O连接和通信连接由信号线缆和通信线缆实现，所述信号线缆和通信线缆的接口由海量连接器提供，在所述测试控制柜上提供所述海量连接器的连接器接口。

3.根据权利要求1所述的一种风力发电机组仿真测试系统，其特征在于，

所述硬件I/O设备主机包括控制器、机箱、数字输入/输出模块、模拟输入/输出模块、仿真模块、串口通信模块、通信模块、FPGA模块，

所述FPGA模块用于实现仿真编码器和SSI信号。

4.根据权利要求1所述的一种风力发电机组仿真测试系统，其特征在于，

所述配电系统包括UPS电源、开关电源、继电器和接触器。

5.根据权利要求1所述的一种风力发电机组仿真测试系统，其特征在于，

所述接线装置为接线端子。

6.根据权利要求1所述的一种风力发电机组仿真测试系统，其特征在于，

所述控制柜为机柜。

7.根据权利要求6所述的一种风力发电机组仿真测试系统，其特征在于，

所述机柜内设有温度控制器、隔尘防潮装置；

所述机柜内框架采用铝型材构成，相邻所述铝型材之间导电，所述机柜的面板、侧门、后门均实现多点电连接，以保证机柜及仪器接入点的等电位处理；

所述机柜各个连接处，均设有电磁屏蔽材料；

所述机柜的仪器上架设有L型导轨配合衬板，对机柜所装载的仪器采用紧固螺钉安装。

8.根据权利要求1所述的一种风力发电机组仿真测试系统，其特征在于，

所述系统监控设备为笔记本电脑或台式计算机。

9.根据权利要求1所述的一种风力发电机组仿真测试系统，其特征在于，

所述系统监控设备和硬件I/O设备主机通过网络交换机实现网络连接。

10.根据权利要求1-9任一所述的一种风力发电机组仿真测试系统，其特征在于，

所述系统监控设备中设有风力发电机组仿真模型；

所述系统监控设备包括硬件配置模块、模型/算法导入模块、数据路由模块、数据监控模块、故障注入模块、自动测试序列模块以及离线数据管理和报表模块中的一个或几个。

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