風電機組主控仿真測試系統(tǒng)的設計

喻連喜，張金環(huán)，趙靜

(許繼電氣股份有限公司，河南 許昌 461000)

0 引言

近年來，隨著國家支持風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策的陸續(xù)出臺，在國際風電技術的帶動下，我國風電市場正面臨前所未有的發(fā)展機遇。大型風電機組控制系統(tǒng)作為風電機組的技術核心，包含主控系統(tǒng)、變槳控制系統(tǒng)和變流控制系統(tǒng)3大部分。主控系統(tǒng)協(xié)調(diào)風電機組變槳變流控制，在保證傳動系統(tǒng)柔性運行的前提下，實現(xiàn)風電機組在變化風況下的功率穩(wěn)定輸出，完成風電機組運行狀態(tài)轉換控制和狀態(tài)監(jiān)測監(jiān)視，以及事故狀態(tài)下風電機組的電氣、機械保護功能。風機主控系統(tǒng)不僅關系到風電機組的正常、經(jīng)濟運行，更關系到風電機組本身的安全，保證風機主控系統(tǒng)的質(zhì)量，是亟待解決的問題。在試驗環(huán)境下，主控系統(tǒng)的運行參數(shù)無法實時采集，與變槳、變流控制系統(tǒng)的信息無法進行交互，無法建立閉環(huán)的測試環(huán)境，這些都是測試中需要解決的問題。計算機技術、通信技術的迅速發(fā)展，使得以計算機為測試、控制中心的測試技術日益發(fā)展完善，在多個領域得到了廣泛應用。

本文提出的風機主控測試系統(tǒng)就是針對許繼FJK－500 MW級風機主控系統(tǒng)而設計的。測試系統(tǒng)涵蓋FJK－500 MW級風機主控系統(tǒng)的如下功能:運行控制、偏航與解纜控制、槳距控制、功率控制、停機控制、溫度控制、故障判定與處理、所處狀態(tài)判定與處理、通信處理及看門狗檢測。針對上述功能提供了手動測試、自動測試及仿真測試3種測試模式，能較準確、全面地完成人工測試難以完成的測試任務，提高了測試效率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

1 測試系統(tǒng)的實現(xiàn)原理

風機主控測試系統(tǒng)的核心是自主開發(fā)的風機主控系統(tǒng)測試軟件，通過該軟件與風機主控系統(tǒng)進行通信，把風機運行的各類參數(shù)寫入風機主控系統(tǒng)，同時實時回讀風機主控系統(tǒng)下發(fā)的控制命令和各項調(diào)節(jié)參數(shù)，形成一個閉環(huán)測試系統(tǒng)。在測試系統(tǒng)中預置了各種邏輯，通過閉環(huán)測試進行比對，給出測試的結果。

FJK－500 MW級風機主控系統(tǒng)采用BECKHOFF公司的可編程控制器(PLC)進行采集控制，測試軟件依據(jù)BECKHOF公司提供的ADS協(xié)議，通過工業(yè)以太網(wǎng)與FJK－500 MW級風機主控系統(tǒng)進行通信互聯(lián)，同時通過以太網(wǎng)FJK－500 MW級風機主控系統(tǒng)可以方便地與風場監(jiān)控進行通信。測試系統(tǒng)的總體構成如圖1所示。

圖1 測試系統(tǒng)示意圖

2 測試系統(tǒng)的設計

以測試風機主控系統(tǒng)的控制流程為核心，考慮對風機主控系統(tǒng)測試的通用性和擴展性，編制了風機主控測試系統(tǒng)的軟件部分，其軟件模塊示意如圖2所示。它運行于Windows 2000/XP平臺下，主要由協(xié)議處理模塊、控制邏輯定制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、統(tǒng)計輸出模塊和人機界面組成。

2.1 協(xié)議處理模塊

圖2 軟件模塊示意圖

目前，該協(xié)議處理模塊主要負責處理ADS協(xié)議，包括通信鏈接、數(shù)據(jù)讀寫、數(shù)據(jù)上送和下發(fā)的優(yōu)先級處理等功能。為適應以后測試的需要，可根據(jù)需要擴充不同的協(xié)議處理，當增加或修改規(guī)約時，不要求修改別的核心進程，只需要修改協(xié)議處理模塊就可以。ADS協(xié)議的幀數(shù)據(jù)格式如圖3所示。

圖3 ADS協(xié)議幀數(shù)據(jù)格式

AMS/TCP Header:長度為6 B，記錄數(shù)據(jù)包整體的長度。

AMS Header:長度為32B，包含了發(fā)送方和接收方的地址、AMS錯誤代碼、ADS命令ID和一些其他信息。

ADS Data:主要有單個ADS命令的參數(shù)、依賴ADS命令數(shù)據(jù)組結構和不帶數(shù)據(jù)的有些ADS命令3種形式。

2.2 控制邏輯定制模塊

根據(jù)風電的行業(yè)標準、國家標準、FJK－500 MW級風機主控系統(tǒng)的企業(yè)標準和說明書制訂詳細的控制邏輯?？刂七壿嫼w運行控制、偏航與解纜控制、槳距控制、功率控制、停機控制、溫度控制、故障判定與處理、所處狀態(tài)判定與處理、通信處理、看門狗檢測等主控系統(tǒng)的主要功能?？刂七壿嫲▽Ξ斍斑\行參數(shù)、運行狀態(tài)等進行綜合判斷，制訂出主控系統(tǒng)不同情況下控制策略的邏輯，可根據(jù)要求進行存儲、修改、刪除等相應的控制邏輯操作，從而滿足測試的不同需要。

2.3 數(shù)據(jù)處理模塊

數(shù)據(jù)處理模塊是整個軟件系統(tǒng)的核心模塊。在接收到人機界面選擇的測試模式并啟動后，根據(jù)輸入的測試用例和參數(shù)配置文件，通過協(xié)議處理模塊讀取主控系統(tǒng)相應的狀態(tài);進行綜合處理后，再通過協(xié)議處理模塊下發(fā)測試用例中設定的各項參數(shù)到主控系統(tǒng)中;最后把測試需要考察的幾個測試點的信息通過協(xié)議處理模塊進行回讀并存儲，與控制邏輯定制模塊中相應的控制邏輯進行比對，把測試結果輸出到統(tǒng)計輸出模塊和人機界面。測試流程圖如圖4所示。

圖4 測試流程圖

同時，為了便于執(zhí)行回歸測試和定制的測試，該模塊還加入了對測試用例的管理功能。回歸測試即把以前測試過程中用到的測試用例保存下來，在下一輪測試中把原來的測試用例運行一遍，以查證問題改正的情況。定制測試即把主要測試過程的測試用例保持下來，方便下次測試時進行調(diào)用。

2.4 其他模塊

統(tǒng)計輸出模塊負責把測試中出現(xiàn)的異常情況進行統(tǒng)計，方便查找定位，同時把數(shù)據(jù)處理模塊傳送的測試結果傳遞給人機界面和打印機進行顯示和打印。人機界面的主要任務是測試模式的選擇，測試用例和參數(shù)配置文件的載入，測試的啟停、運行參數(shù)顯示、報文輸出和測試結果的顯示。

3 測試模式的應用

為了全面測試FJK－500 MW級風機主控系統(tǒng)，測試系統(tǒng)采用了3種測試模式:自動測試模式、手動測試模式和數(shù)據(jù)仿真測試模式。

3.1 自動測試模式

為了提高測試效率，風機主控系統(tǒng)的絕大部分控制流程都在自動測試模式下進行測試。在該模式下測試人員只需填寫具體的測試用例及編寫對應的測試控制邏輯，點擊測試啟動按鈕，就能按照風機主控系統(tǒng)啟動→運行→停止的流程，對風機主控系統(tǒng)的啟動控制、偏航與解纜控制、槳距控制、功率控制、停機控制、溫度控制、故障處理、所處狀態(tài)判定與處理、通信處理、看門狗檢測等做自動測試?？梢愿鶕?jù)測試的需要，選擇單測試用例自動測試和全部自動測試2種模式。

3.2 手動測試模式

為了補充自動測試的不足，加入了手動測試模式，該模式主要是配合接地監(jiān)控和風場監(jiān)控下發(fā)的控制進行相應的監(jiān)視與處理，同時也是處理異常情況下參數(shù)的手動設定和響應過程。在手動測試模式下，運行參數(shù)可以在線進行修改。

3.3 數(shù)據(jù)仿真測試模式

自動和手動測試模式下的測試。測試時間一般比較短，無法測試長時間情況下系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為了適應這種需要，在拷機測試情況下加入了數(shù)據(jù)仿真測試模式。在該模式下，運行參數(shù)在合適的范圍內(nèi)動態(tài)變化，并設想能導入實際風場運行時的參數(shù)，同時能把運行的參數(shù)按照存儲的間隔記錄下來，可以分為正常情況下參數(shù)和導致停機故障的參數(shù)進行考慮。

4 結束語

采用本文所提方案進行系統(tǒng)設計，利用PC機和網(wǎng)絡設備就能構成一套閉環(huán)測試系統(tǒng)。軟件設計采用模塊化設計思路，擴展性強，功能全面。3種測試模式的應用，保證了測試的全面性。

本文設計的風機主控測試系統(tǒng)能夠滿足FJK－500 MW級風機主控系統(tǒng)的測試要求，測試過程方便、簡單、高效、全面，不僅保證了測試質(zhì)量而且提升了測試效率，其設計思想為其他廠家風機主控系統(tǒng)的測試提供了新的思路。

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