CN103439970B - 一种风力发电机组仿真测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种风力发电机组仿真测试方法，包括以下步骤：A.加载风力发电机组模型模块，加载通信模块，连接主控***，若加载或连接失败则释放已加载模块并退出；B.读取主控***的主控参数、加载风况模型模块，若读取或加载失败则进入步骤D；C.运行风力发电机组模型模块，将风力发电机组模型模块调整后的参数写入主控***，若模型运行、写入失败或仿真停止则进入步骤D；写入成功且未收到仿真停止指令则观察运行情况；D.停止***运行，断开与主控***的连接、释放通信模块和风力发电机组模型模块、并退出；E.退出仿真测试***。该方法减少了风力发电机组实测次数，缩短开发时间和降低成本，降低风力发电机组运行风险。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电机组测控技术领域，特别是涉及一种风力发电机组仿真测试方法及其装置。
背景技术
近年来随着全球对清洁能源的大力推动，风力发电产业得到快速发展，风力发电场装机容量逐年上升，风力发电所占的比例越来越大，已逐渐成为了一种常规能源。风力发电机组控制方法是机组运行稳定的关键因素，传统的风力发电机组控制方法测试是通过风力发电机组吊装和电装完成后，在机组调试中完成主控测试。这种调控方法存在很大的风险，而且现场调试运行可控性及安全性较低，尤其是当遇到特殊工况时，运行风险和设备故障带来的成本都将大大增加。
由此可见，现有的一种风力发电机组测试装置及方法在结构与使用上，仍存在有不便与缺陷，亟待加以进一步改进。如何能创设一种工况模拟准确、可控性高、成本低的新的风力发电机组仿真测试方法及其装置,实属当前重要研发课题之一。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种风力发电机组仿真测试方法及其装置，使其能够重现特殊工况下风机的运行情况、实现故障复现功能、降低测试成本，从而克服现有的风机测试***可控性差、成本高的不足。
为解决上述技术问题，本发明提供一种风力发电机组仿真测试方法，包括以下步骤：A.启动风力发电机组仿真测试***，输入风况数据，建立风况模型，并进入步骤B；B.加载风力发电机组模型模块，若加载成功进入步骤C，若加载失败则直接进入步骤K；C.加载通信模块，若加载成功进入步骤D，若加载失败则释放风力发电机组模型模块并进入步骤K；D.通过通信模块连接风力发电机组主控***，若连接成功进入步骤E，若连接失败则依次释放通信模块和风力发电机组模型模块并进入步骤K；E.读取风力发电机组主控***的主控参数，若读取成功进入步骤F，若读取失败则进入步骤J；F.加载风况模型模块，若加载成功进入步骤G，若加载失败则进入步骤J；G.运行风力发电机组模型模块，模拟风力发电机组的运行，根据风况数据调整主控参数，若运行成功进入步骤H，若运行失败则进入步骤J；H.模拟完成后，将风力发电机组模型模块调整后的运行参数写入风力发电机组主控***，若写入成功进入步骤I，若写入失败则进入步骤J；I.若未接收到停止仿真信号，主控***依据接收的主控参数控制风力发电机组运行，观察并分析风力发电机组的实际运行情况，若接收到停止仿真信号，则进入步骤J；J.停止风力发电机组仿真测试***的运行，断开与风力发电机组主控***的连接、释放通信模块和风力发电机组模型模块、并进入步骤K；K.退出风力发电机组仿真测试***。
作为一种改进，所述的风况模型的风况数据包括起始时间、风速、风向。
所述的风况模型的风况数据来自风场实际采集数据，或者采用时间间隔同风速、风向的线性变化数据。
所述的风力发电机组模型通过FAST软件搭建。
所述的主控参数包括风力发电机组的叶片、塔筒、齿箱、发电机及变流器的参数。
本发明还提供一种应用上述方法的风力发电机组仿真测试装置，包括内置风况模型模块和风力发电机组模型模块的处理器以及与该处理器连接的数据通讯模块。
作为一种改进，所述的处理器还连接有运行状态监测模块。
所述的处理器还连接有故障分析模块。
所述的故障分析模块采用EDAVM。
所述的数据通讯模块采用M1Com外部接口。
采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：
1、从安全性、可行性和成本合理上考虑，风力发电机组仿真测试***减少了风力发电机组实测次数，缩短开发时间和降低成本的同时提高控制软件质量，降低风力发电机组运行风险。
2、实现***全面测试，尤其是特殊工况仿真，如50年一遇风况。
3、能快速验证控制算法设计的有效性，为机组控制算法验证、故障诊断提供支持，且成本较低，易于实现和推广。
4、复现风力发电机组在实际运行时产生的故障，为故障处理提供解决方案。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明一种风力发电机组仿真测试装置的模块组成示意图。
图2是本发明一种风力发电机组仿真测试方法的流程示意图。
具体实施方式
风力发电机组仿真测试***是在实时处理器中运行仿真模型，模拟被测风力发电机组的运行状态，通过I/O接口与被测的机组控制***连接，对被测机组控制***进行全面的、***的测试。
参照图1、图2所示，本发明提供一种风力发电机组仿真测试方法，包括以下步骤：
A.启动风力发电机组仿真测试***，输入风况数据，建立风况模型，并进入步骤B；
B.加载风力发电机组模型模块，若加载成功进入步骤C，若加载失败则直接进入步骤K；
C.加载通信模块，若加载成功进入步骤D，若加载失败则释放风力发电机组模型模块并进入步骤K；
D.通过通信模块连接风力发电机组主控***，若连接成功进入步骤E，若连接失败则依次释放通信模块和风力发电机组模型模块并进入步骤K；
E.读取风力发电机组主控***的主控参数，若读取成功进入步骤F，若读取失败则进入步骤J；
F.加载风况模型模块，若加载成功进入步骤G，若加载失败则进入步骤J；
G.运行风力发电机组模型模块，模拟风力发电机组的运行，根据风况数据调整主控参数，若运行成功进入步骤H，若运行失败则进入步骤J；
H.模拟完成后，将风力发电机组模型模块调整后的主控参数写入风力发电机组主控***，若写入成功进入步骤I，若写入失败则进入步骤J；
I.若未接收到停止仿真信号，主控***依据接收的主控参数控制风力发电机组运行，观察并分析风力发电机组的实际运行情况，若接收到停止仿真信号，则进入步骤J；
J.停止风力发电机组仿真测试***的运行，断开与风力发电机组主控***的连接、释放通信模块和风力发电机组模型模块、并进入步骤K；
K.退出风力发电机组仿真测试***。
风况模块生成风况数据并提供给风力发电机组，风况包括起始时间、风速、风向数据。这个数据既可以使用风场实际采集数据；又可以采用设计数据。设计数据由时间间隔同风速、风向间隔来实现线性变化，如设计一个5分钟风速由3m/s到25m/s风况，可以在配置文件中设置(0.01，3,0)和(300,25,0)两组参数，表示起始时间为0.01s时，风速为3m/s,风向为0°；从300s开始风速为25m/s,风向也为0°；这300s内的风速从起始的3m/s上升为25m/s，这样就实现一个风速线性上升的风况。
风力发电机组模型即WTM，是通过FAST(Fatigue，Aerodynamics，Structures，Turbulence)软件搭建的风力发电机组仿真模型，用程序描述风力发电机组运行参数和基本几何尺寸参数。WTM包含叶片、塔筒、齿箱、发电机及变流器等部件的主要参数，如发电机的功率、并网转速、额定转速，叶片的长度、质量、叶尖速比，塔筒的高度、重量，等等。通过在FAST软件中输入WTM相关参数，输出风力发电机组模型相关运行参数文件。WTM通过数据接口读取FAST生成的风力发电机组相关文件，模拟风力发电机组运行状况，根据接收的风况模块生成的风况参数和主控***发出的输出参数(Output)，控制风力发电机组模型运行，然后将运行产生的参数作为主控***的输出参数(Output)。
主控***包括控制算法、被控对象输入给控制算法的输入参数(Input)和控制算法输出给被控对象的输出参数(Output)。
本发明还涉及一种应用上述方法的风力发电机组仿真测试装置，包括内置风况模型模块和风力发电机组模型模块的处理器以及与该处理器连接的数据通讯模块。
数据通讯模块DCM(DataCommunicationModel)主要通过使用PLC提供的外部接口完成数据的读取和写入工作，实现主控算法和风力发电机组模型WTM的数据交互。一方面读取主控算法的给定值(如桨距角给定，发电机转矩给定等)，将这些给定值输入给风力发电机组模型；另一方面将风力发电机组模型运行产生的相应受控对象参数(如实际桨距角、发电机转速、功率转矩等)写入到主控***。本方案中的数据通讯模块外部接口选用巴合曼PLC提供的M1Com接口。
本装置可与风力发电机组PLC的运行状态监测模块、故障分析模块连接，以实时监测、分析仿真过程，也可在本装置内置故障分析模块和运行状态监测模块，优选EDAVM(ErrorDiagnosisAlgorithmVerifyModel，故障诊断和算法验证模块)及HMI(HumanMachineInterface)模块。EDAVM设有Matlab等数据处理***，将录制的风力发电机组运行数据，通过Matlab展示出控制参数曲线，便于验证风力发电机组控制算法和诊断故障。HMI模块可及时显示风力发电机组实际运行情况，如启动、等风、发电、停机及故障等。
本发明采用了风力发电机组仿真测试方法，模拟风电机组的实际运行，验证控制算法设计的正确性，重现特殊工况下风机的运行情况，尤其是实现故障复现功能。
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，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种风力发电机组仿真测试方法，其特征在于包括以下步骤：
A.启动风力发电机组仿真测试***，输入风况数据，建立风况模型，并进入步骤B；
B.加载风力发电机组模型模块，若加载成功进入步骤C，若加载失败则直接进入步骤K；
C.加载通信模块，若加载成功进入步骤D，若加载失败则释放风力发电机组模型模块并进入步骤K；
D.通过通信模块连接风力发电机组主控***，若连接成功进入步骤E，若连接失败则依次释放通信模块和风力发电机组模型模块并进入步骤K；
E.读取风力发电机组主控***的主控参数，若读取成功进入步骤F，若读取失败则进入步骤J；
F.加载风况模型模块，若加载成功进入步骤G，若加载失败则进入步骤J；
G.运行风力发电机组模型模块，模拟风力发电机组的运行，根据风况数据调整主控参数，若运行成功进入步骤H，若运行失败则进入步骤J；
H.模拟完成后，将风力发电机组模型模块调整后的运行参数写入风力发电机组主控***，若写入成功进入步骤I，若写入失败则进入步骤J；
I.若未接收到停止仿真信号，主控***依据接收的主控参数控制风力发电机组运行，观察并分析风力发电机组的实际运行情况，若接收到停止仿真信号，则进入步骤J；
J.停止风力发电机组仿真测试***的运行，断开与风力发电机组主控***的连接、释放通信模块和风力发电机组模型模块、并进入步骤K；
K.退出风力发电机组仿真测试***。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组仿真测试方法，其特征在于：所述的风况模型的风况数据包括起始时间、风速、风向。
3.根据权利要求1所述的风力发电机组仿真测试方法，其特征在于：所述的风况模型的风况数据来自风场实际采集数据，或者采用时间间隔同风速、风向的线性变化数据。
4.根据权利要求1所述的风力发电机组仿真测试方法，其特征在于：所述的风力发电机组模型通过FAST软件搭建。
5.根据权利要求1所述的风力发电机组仿真测试方法，其特征在于：所述的主控参数包括风力发电机组的叶片、塔筒、齿箱、发电机及变流器的参数。
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