三一重能席偉川：需求驅動的風機控制軟件正向設計

　　2021年10月17日-20日，2021北京國際風能大會暨展覽會（CWP 2021）在北京新國展隆重召開。作為全球風電行業年度最大的盛會之一，這場由百余名演講嘉賓和數千名國內外參會代表共同參與的風能盛會，再次登陸北京。

　　

　　本屆大會以“碳中和——風電發展的新機遇”為主題，歷時四天，包括開幕式、主旨發言、高峰對話、創新劇場以及關于“國際成熟風電市場發展動態及投資機會”“國際新興風電市場發展動態及投資機會”“風電設備智能運維論壇”“碳達峰碳中和加速能源轉型”等不同主題的15個分論壇。能見App全程直播本次大會。

　　

　　在20日上午召開的風電機組優化升級專題論壇上，三一重能股份有限公司控制軟件工程師席偉川發表了《需求驅動的風機控制軟件正向設計》的主題發言。

　　

　　席偉川：各位領導、專家、同行，大家上午好，我是三一重能的席偉川，主要是從事風力發電機組主控軟件設計的，今天給大家匯報的主題是需求驅動的風機控制軟件正向設計，這也是三一重能根據這么多年來做風機設計的經驗和總結。三個方面，第一個是背景和意義，第二個是需求驅動正向設計，第三個是案例分享。

　　

　　大家知道物理系統復雜度一直在上升，從早期的機械到機電一體，到現在嵌入式系統，類比于風機都是純機械的，到后來的槳距，發電機不需要太多控制，到現在兆瓦級的機組，復雜度是越來越高。系統復雜度的提高帶來了對控制的挑戰。

　　

　　嵌入式系統是專用的計算機系統，用來解決復雜系統的問題，現在風電行業用的控制器主要還是像西門子等大品牌成熟的硬件系統，所以我們這方面在硬件上沒有什么大的問題，關注點還是在應用軟件上面。當然以后這邊還有一個控制器的國產化，這方面還需要行業內再進一步的去驗證，這個可能會引起一個可靠性的下降，也需要迭代。

　　

　　嵌入式軟件的特點。嵌入式軟件70%以上的問題是來自于需求分析、架構設計的階段，這個是相關的一些研究得出來的結論，第二個特點這個問題如果暴露的越晚，需要去修改問題的代價就會更大。就像軟件或者硬件在車間里發現的問題和到現場發現的問題，和到上風機之后發現問題，付出的代價是不一樣的。最后軟件修改會帶來故障率的增加。

　　

　　在軟件開發過程中面臨一些問題，一個是需求一直在變，風電行業相比于其他行業，近幾年的發展是飛速的，機型從1.5兆瓦到現在陸上6兆瓦，葉片基本上每年兩代三代在增長，10年前還是77米的葉片，現在已經是100多米的葉片。我們的需求是變化很快的，對交付也帶來很大的壓迫。還有一個現場問題比較多，大家做運維的都知道，風機在運行過程中會遇到很多問題，當然有一些是之前知識局限沒有想到的，還有一些是想到了，但是在設計實現過程中帶來的錯誤。基于這些根本原因，還是沒有滿足客戶的需求，一個是我們沒有認真的去分析客戶到底需要什么，就急忙的去進入到細節，開始編程序，開發進度也是不容易把握，質量也是在開發過程中不好評價、難以掌控。相對于這些問題，應對措施其實也就是兩方面，一個是更好的方法和更好的工具，相對于之前大概都是一種單兵作戰的方式，到現在更需要一種良好的協同配合的方式。

　　

　　很多時候需求不清楚就會反復返工，帶來很大的問題。三一重能在行業內干了十多年，積累了一些經驗，提出一個想法，需求驅動的正向設計，這是系統開發和控制軟件開發的兩個流程，核心都是在于是需求驅動的，從上到下，系統、子系統、組件，到左右每一個部件都有相應的等級驗證和測試。軟件也是這樣，也是需求驅動。需求分析也是非常重要的，首先在做系統需求分析的時候很容易犯兩個錯誤，一個是直接深入細節，相當于只能是管中窺豹可見一斑，不能全面把握總體，這個會帶來很大的問題。再一個要相信這個系統無論多么復雜都是可以被說明書來寫明的。再一個關注用戶，就是需求的相關方都有誰，這塊我們可以想象，做任何一款產品一定要考慮最大的需求一定是客戶，客戶的需求有很多，產品開發中肯定是以客戶需求作為主要的，在我們看來一方面客戶的需求，一個是安全，發電反倒是第二位，安全性在風電有很多慘痛的教訓，不光是風電，各行各業都會有，我們會遇到一些飛車、倒塔、著火等等問題。所以在系統設計之前我們要做充分的視效分析、可靠性保證。

　　

　　再一個業主對發電的需求，這是直接和收入相關的，像做很多老舊機組的升級改造也是這個道理。由于需求的驅動，可以做很多的升級改造。再一個就是用戶對可靠性，發電量提升分兩方面，一方面是增功，一方面是可靠性的提高，換言之就是故障率的下降，這方面對設備的可靠性帶來了更多的要求。

　　

　　另外就是我們在開發中有電網的需求，電網更多來說是要求。不光包括簡單常見的高低穿、電網適應性，還有電壓頻率、保護定值的要求等。相對應的除了電網的標準，還有一些國家一些設計標準，這些標準也都是在設計時必須要滿足的。除了客戶、電網等相關方的約束之外，對下游也是有責任的，SCADA、能管、疾控都會對控制去提出一些要求。

　　

　　我們在做需求分析的時候，要想到各個方面，不光是內部，也有外部，需求分析的要求第一個要完整，不僅要說明正常的時候做什么，還要說在其他情況下做什么。

　　

　　研制流程比較簡單，都會有一個架構，軟件架構其實還是兩塊，一個分層的思想，如果你是一個公司的CEO或者是領導，肯定會考慮公司的組織架構，你怎么去分配這些部門讓這些部門去協同工作，達到一個最好的效益，一定要加強模塊的內距，加上他們之間的耦合。同理，你去做一個車間的制造也是這樣，每個工位怎么安排，工位之間怎么協同配合，軟件也是這樣，最重要達到最優的配置。

　　

　　另外軟件研制的流程，一定要突出需求的作用，我們要在需求、設計和測試之間有追蹤關系，你需求變了，一定要保證它到設計、測試階段要一致，不能領導這邊定了一個目標，到下邊又歪了，最終是實現不了這個目標的。

　　

　　需求正向設計帶來的優勢，首先是從被動設計到主動設計，把所有的點關注在需求階段，第二個從需求驅動它的目標是更清晰的，最后以前是基于文檔開發的，現在還是機遇客戶需求開發，然后建立一個標準化，標準化不管是說各個階段都要有標準動作。再一個通用化，保證和控制器平臺無關，最后就是時間成本，它可以工作在前邊，后面驗證會大大的減少。

　　

　　最后一個案例分享，三一重能的重心通過從代碼轉到需求只求帶來的收益，一個是開發周期，這個其實就是需求的厘清，通過組件協同、通用性的平臺，我們可以實現工廠體制迭代的速度，這分析對于現場運維來說是非常有用的。舉個例子，風機規模不是很大，管理這么多的配置有很多的挑戰，把這個做成通用的，在一天兩天就可以把所有的程序都升級一遍，對于老舊機組的改造這也是有很大意義。然后是控制可靠，通過對比，之前的軟件和現有的軟件故障率真的是有數量級的變化，有三個點，沒有需求的錯誤，消除了后面手工編碼和測試錯誤，測試的錯誤率百分之百，因此時間關系就介紹到這兒，希望各位專家批評指正，謝謝大家。

　　

　　（根據演講速記整理，未經演講人審核）