2014北京国际风能大会之“风电机组总体设计”专场——金风科技周桂林：硬件在环仿真技术在风力发电开发与测试中的应用

    第二部分是硬件的实现，我们一步一步从测试目标进行了一些硬件的开发。第一部分是控制策略级一个仿真平台，其实控制策略的硬件在环仿真平台是我们最初的出发点，也就是控制器是我们的控制器，其他部分都是通过仿真实现的。因此，我们只需要一台，包括安装机组那些软件的PC机，一台控制器，还有我们的界面，如第一幅图所示。另外要测试主控其他的一些回路，包括硬件的一些通讯等等，我们又建立了一个便携式的控制柜，预留和和风向标变桨变流的接口，可以进行测试。我们建立了变桨系统闭环测试实验台，我们通过主控给定我们的变桨动作，在负载端增加对应工况下实况的载荷，这样对相同的运行环境进行测试。
    下一部分是主控系统联条，运用完整的主控程序，以及对应的控制柜体。最后可以实现一个全功率的硬件在环平台，它首先有了这个实验台，我们把硬件在环仿真技术加载上去，可以实现一个闭环的测试，使用完整的控制系统，通过上位机给定一个风速，然后让拖动以这个转速带动被测电机，同时给出变桨，把扭矩发生的电流施加到机组电机上。最后一幅图是我们在现场的测试，有两个目的，一个是可以测试我们对主控系统对主控的控制软件没有做任何修改，把我们的程序下载到现场机组，可以现场正常运行。同时我们运用现场的这些数据反馈到仿真测试单元进行一个同步测试，并把我们的测试结果和现场的运行数据进行对比。通过这样的一些开发，我们实现了这样一个功能。在我们的工位上可以对我们的控制策略，主控软件，主控工具进行测试开发，在实验室对变桨系统，在现场验证我们的方针模型，对平台功能进行验证，包括可以实现系统的在线变时。
    第三部分是仿真平台开发的测试应用。第一个应用就是对控制策略的测试，我们机组的控制策略主要有三个目标。分别是整机预警，振动，噪声和安全，另外是系统优化和发电量优化，还有机组降载策略。这是一个测试案例，我们的控制策略在上机之前与之前相比增加了一些额外的模块，对这些额外的模块我们进行针对性的测试。以实现我们这些更改的测试，能够达到原有的否认目标，并没有带来额外的负面影响，最后我们去现场测试，现场应用，保证现场应用的安全。
    另外一个应用是变桨系统的闭环测试，通常我们的变桨系统在样机运行之前我们都会进行一系列的测试，这些测试包括变桨驱动器的检测与测试，变桨电机的检测与测试，变桨控制器的出厂检验，而有些条目是需要我们的变桨实验台的，通过变桨实验台进行一些测试条目，这些测试条目包括是通讯测试，实现主控与变桨，变桨内部的通讯测试，软件测试，变桨电机的响应测试，状态测试等。这两幅图是两种不同机型在实验室进行变桨测试的示意图。
    最后是一个兆瓦级机组全功率硬件在环测试，分别是电机+机舱、叶轮、主控柜+水冷柜，还有变流，第一幅图中我们可以看到一个拖动，如果把塔架和叶片加上去，这就是一个完整的机组了，我们在控制软件对塔架和叶片进行建模，按照原有电控的通讯拓扑把他们串联起来，按照给到的工况实现闭环的测试。因此，由于我们的控制软件和样机是完全一样的，对应控制的一些硬件子系统也和样机是一支的，包括通讯的结构和拓扑也是一样。因此，我们完全可以在实验室内实现与样机调试相同的一些操作，从这个角度我们可以通过硬件在环仿真平台实现样机的免调试。
    最后一部分是仿真平台的一些功能拓展，主要是一些展望。包括三个部分，分别是变桨的闭环实验台升级，全功率硬件在环测试实验台功能丰富，还有新型风电场控制硬件在环实现。第一部分主要增加以下一些功能，第一个是变桨齿形带，轴承等传动硬件，我们可以增加更真实的变桨模拟，更系统的变桨系统测试流程，还有更完善的测试结果分析。第二部分是包括实验台软件仿真环境的丰富，还有增加一个额外的载荷加载机构。最后，风电场级的，我们通过单机硬件在环群模拟风电场机组，具备知识库，能与大数据和云计算进行交互。