2014北京國際風能大會之“風電機組總體設計”專場——金風科技周桂林：硬件在環仿真技術在風力發電開發與測試中的應用

    第二部分是硬件的實現，我們一步一步從測試目標進行了一些硬件的開發。第一部分是控制策略級一個仿真平臺，其實控制策略的硬件在環仿真平臺是我們最初的出發點，也就是控制器是我們的控制器，其他部分都是通過仿真實現的。因此，我們只需要一臺，包括安裝機組那些軟件的PC機，一臺控制器，還有我們的界面，如第一幅圖所示。另外要測試主控其他的一些回路，包括硬件的一些通訊等等，我們又建立了一個便攜式的控制柜，預留和和風向標變槳變流的接口，可以進行測試。我們建立了變槳系統閉環測試實驗臺，我們通過主控給定我們的變槳動作，在負載端增加對應工況下實況的載荷，這樣對相同的運行環境進行測試。
    下一部分是主控系統聯條，運用完整的主控程序，以及對應的控制柜體。最后可以實現一個全功率的硬件在環平臺，它首先有了這個實驗臺，我們把硬件在環仿真技術加載上去，可以實現一個閉環的測試，使用完整的控制系統，通過上位機給定一個風速，然后讓拖動以這個轉速帶動被測電機，同時給出變槳，把扭矩發生的電流施加到機組電機上。最后一幅圖是我們在現場的測試，有兩個目的，一個是可以測試我們對主控系統對主控的控制軟件沒有做任何修改，把我們的程序下載到現場機組，可以現場正常運行。同時我們運用現場的這些數據反饋到仿真測試單元進行一個同步測試，并把我們的測試結果和現場的運行數據進行對比。通過這樣的一些開發，我們實現了這樣一個功能。在我們的工位上可以對我們的控制策略，主控軟件，主控工具進行測試開發，在實驗室對變槳系統，在現場驗證我們的方針模型，對平臺功能進行驗證，包括可以實現系統的在線變時。
    第三部分是仿真平臺開發的測試應用。第一個應用就是對控制策略的測試，我們機組的控制策略主要有三個目標。分別是整機預警，振動，噪聲和安全，另外是系統優化和發電量優化，還有機組降載策略。這是一個測試案例，我們的控制策略在上機之前與之前相比增加了一些額外的模塊，對這些額外的模塊我們進行針對性的測試。以實現我們這些更改的測試，能夠達到原有的否認目標，并沒有帶來額外的負面影響，最后我們去現場測試，現場應用，保證現場應用的安全。
    另外一個應用是變槳系統的閉環測試，通常我們的變槳系統在樣機運行之前我們都會進行一系列的測試，這些測試包括變槳驅動器的檢測與測試，變槳電機的檢測與測試，變槳控制器的出廠檢驗，而有些條目是需要我們的變槳實驗臺的，通過變槳實驗臺進行一些測試條目，這些測試條目包括是通訊測試，實現主控與變槳，變槳內部的通訊測試，軟件測試，變槳電機的響應測試，狀態測試等。這兩幅圖是兩種不同機型在實驗室進行變槳測試的示意圖。
    最后是一個兆瓦級機組全功率硬件在環測試，分別是電機+機艙、葉輪、主控柜+水冷柜，還有變流，第一幅圖中我們可以看到一個拖動，如果把塔架和葉片加上去，這就是一個完整的機組了，我們在控制軟件對塔架和葉片進行建模，按照原有電控的通訊拓撲把他們串聯起來，按照給到的工況實現閉環的測試。因此，由于我們的控制軟件和樣機是完全一樣的，對應控制的一些硬件子系統也和樣機是一支的，包括通訊的結構和拓撲也是一樣。因此，我們完全可以在實驗室內實現與樣機調試相同的一些操作，從這個角度我們可以通過硬件在環仿真平臺實現樣機的免調試。
    最后一部分是仿真平臺的一些功能拓展，主要是一些展望。包括三個部分，分別是變槳的閉環實驗臺升級，全功率硬件在環測試實驗臺功能豐富，還有新型風電場控制硬件在環實現。第一部分主要增加以下一些功能，第一個是變槳齒形帶，軸承等傳動硬件，我們可以增加更真實的變槳模擬，更系統的變槳系統測試流程，還有更完善的測試結果分析。第二部分是包括實驗臺軟件仿真環境的豐富，還有增加一個額外的載荷加載機構。最后，風電場級的，我們通過單機硬件在環群模擬風電場機組，具備知識庫，能與大數據和云計算進行交互。