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重庆科凯前卫风电设备有限责任公司营销总监王科:智能风机控制系统开发平台——御风者4.0简介

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-11-01   来源:东方风力发电网  浏览次数:563
核心提示:2017年10月31日——11月1日,由中国电器工业协会风力发电电器设备分会和新疆金风科技股份有限公司联合主办,施耐德电气(中国)有限公司协办的2017(第二届)中国风电电气装备技术高峰论坛暨风电分会二届二次会员大会(CWPE2017)在北京丰大国际酒店盛大召开。重庆科凯前卫风电设备有限责任公司营销总监王科先生在11月1日上午的“智能控制与智能运维专场”发表了演讲。
   2017年10月31日——11月1日,由中国电器工业协会风力发电电器设备分会和新疆金风科技股份有限公司联合主办,施耐德电气(中国)有限公司协办的2017(第二届)中国风电电气装备技术高峰论坛暨风电分会二届二次会员大会(CWPE2017)在北京丰大国际酒店盛大召开。重庆科凯前卫风电设备有限责任公司营销总监王科先生在11月1日上午的“智能控制与智能运维专场”发表了演讲。
  

 
重庆科凯前卫风电设备有限责任公司营销总监王科先生
 
  王科:各位领导大家好,我这次主要分享的是关于我们公司系统的开发平台和开发流程。
 
  首先简单介绍一下我们公司,我们主要是做风电控制这块一体化的解决方案,我们公司的理念是将风为我控制,待会儿我也分享到我们这个平台的介绍,我们主要是主控、变频、变桨三块产品,在陆上和海上都有超过5000套的运行。
 
  这次分享主要分两块,一是控制系统软件架构,二是控制系统开发平台。
 
  首先看我们的控制系统的软件架构,主要是分五层,从最下面一个是硬件模块这一层,中间是实时操作系统,再往上是核心模块,满足各个应用程序模块,再上面是配置数据库层。
 
  硬件模块没什么说的,主要是用我们行业比较通用的PLC,这一块是我们硬件模块也是我们控制系统的相当于是比较基础的一部分。实施操作系统我们用的是Vxworks操作系统,具有实时性好、体积小等优点。核心模块底层核心数据处理框架,实现风机数据传输与风机控制逻辑层之间的数据分离,实现硬件模块与应用程序模块之间快速高效的数据连接。应用模块包括功率、速度控制器模块、风机各部件应用程序模块等。其中最重要的,我待会儿会展开讲,我们讲功率速度控制器。配置数据库用于启用应用程序配置,独立于应用程序运行,实现风机类型、参数配置,可以处理单个数据库中的所有风机设置。
 
  我们来看一下我们的控制系统,包括整机的开发流程。首先我们是做控制策略方面的设计,我们机组是怎么运行的,这一块是比较初期的一个概念设计。风机整机设计里面最重要的就是载荷方面的设计,因为这一块涉及的安全,设计到其他大的部件的输入。软件设计主要是机组,以及其他几个部件,包括变频器、变桨等等。机组设计好之后会到风机长运行,最终运行过程中会采集机组的数据,然后对数据进行分析,最后我们就会进行一个优化,这是根据我们的理解,我们机组包括控制系统开发的一个大致的流程。
 
  那么问题来了,首先我们第一步的控制策略设计,首先这个策略设计出来,现在很多是外面的设计公司给的设计策略,或者直接给的那几个公式,这个公式怎么实现到真正机组的运行里面,它运行的效果怎么样,有没有达到最终预期的目标?
 
  载荷设计,载荷设计现在基本上风场都用仿真方式来做,怎么确保现在仿真用的控制策略就是你最终想要的,或者跟你最开始设计的,现在很多厂家用仿真的话讲内控跟外控,内控不是财务上的内控,内控很多时候是讲控制器,外控讲的是外挂的外部控制器,这样的问题我们就考虑这两个控制器真的是一样的吗?它有可能是两个团队或者两波人甚至是两个公司做得嘛!
 
  软件设计,用内控、外控不同的团队,不同的人员有可能设计会用到不同的平台,不同的平台中间会考虑到代码的移植,谁来保证代码移植的一致性?
 
  数据采集,大家考虑过没有?我们风机运行的所有数据您都采到了吗?昨天下午高端对话的时候谬总说了一句话,采集到的数据大家真正理解到数据的真正价值了吗?
 
  优化后的机组效果如何验证,到底达到我们最开始优化的效果了吗?这就是我们想跟在座的各位专家一起探讨的。
 
  现在推出我们这次分享的主题,我们讲控制系统的开发平台,我们给它驱了个名字叫御风者,我们形成一个闭环的开发。为什么用御风?我感觉这个词好像大家都挺喜欢的,上次风能展看到的材料,包括这次口袋里面金风的材料也有,御风而行,我们也不巧刚好也用了这个词,主要是大家可能估计都看过这个书,《庄子·逍遥游》里面说“夫列子御风而行,泠然善也。”因为我们公司做控制的,我们说风为我控,在座的也是想怎么把风受自己的控制,把它转化为风能,所以取这个名字。
 
  每个环节展开,首先在控制策略设计这一块,最重要的就是功率和速度的控制,这一块我们是在Simulink里面搭建我们的整机和策略的模型,这个策略的模型主要是通过将桨距角和发电机输出功率控制,实现机组稳定运行,时间关系我就不展开了。其他的一些策略,比如在寒冷环境下机组怎么运行,这也是我们机组的策略。昨天电科院的秦主任讲到机组的调频,这个刚好我们也做过一些相应的研究,今年也跟电科院做了一些测试,通过对电网频率进行调节,应该技术上是可以实现的。
 
  载荷设计刚才讲主要是做载荷的仿真,首先把我们搭建的机组控制模型在Simulink进行仿真,算法上没有多大问题的话就验证我们的算法是OK的,这个是我们的Simulink的模型。第二部分是通过Simulink生态动态链接库,从这个阶段就可以看到刚才讲的所谓内控跟外控,这个是我们的外部动态链接库,就是DLL文件,可以挖挂到Bladed外挂控制器,进行载荷仿真。
 
  软件设计,还是分刚才这两块,功率速度控制器在Simulink里面可以通过一个M-Target直接编译程.m文件,直接用于PLC运行。另外一个策略可以通过巴合曼或者倍福一些平台,符合IEC61131-3标准要求的代码,用于PLC运行,这是我们其他策略开发的界面。
 
  数据收集,这一块我们可能要多花一点时间,数据采集,我们用到我们公司独有的一个叫做I-BOX模块,这个模块通过刚才讲的核心层的结构可以实现高速大量的传递,最短采样周期10ms,记录数据包括运行数据、事件、命令、参数,这样机组运行的所有数据都通过我的核心层传递到数据库里面,就是我们可以讲,它是我们机组运行的黑匣子。比如运行数据的那些功率、风速、发电转速这种变量我们评估下来它的储存时长可以达到一个周,其他的比如说运行日志因为运行量相对小一点,这个数据我们工程师也测算过可能可以存储到10-20万条,就是我们风电机组全生命周期的数据都可以进行采集。然后这些数据拿到手上之后就回到刚才那个问题,这个数据能够做什么?我们待会儿可以简单的做一些状态的评估、故障监测,再往深有可能做数据的挖掘,算法的优化。
 
  数据分析,由于时间关系我就不展开了,比较初级的阶段可能做时域的分析,比如功率曲线的优化,故障时序,再往深入走的话可能应用一些相对比较专业的数据分析的软件,比如一些大数据分析的软件,对我们数据进行分析,比如说举个例子可以把我们的转速从时域变化到频域,看机组振动的频率有没有异样的情况,通过一些专用的滤波器对频率进行抑制。另外研究的就比较多了,比如昨天说的寿命监测等等,刚好这就是我们做得发电机转速的分析,来识别机组的固有频率,这样会抑制机组的振动,对机组安全是非常有帮助的,这是我们的数据分析这一块。
 
  再到优化这一块,我们这个做得也比较有特点,首先我从I-BOX里面采集到数据,因为它的精度非常高,然后数据再导入到载荷的仿真平台,然后可以把机组运行的情况在我们仿真平台下进行复线,这个故障是模型的问题还是什么问题,平台上面得到的仿真结果跟我们实际机组在现场运行的结果是一样的吗?如果不一样的话那是不是我得反过头来优化我的模型,或者优化我的控制策略,这么一个环节,这就刚才我们强调的能够形成一个闭环,而且我们在平台里面的代码直接可以生成PLC或者动态链接库,这样就可以形成闭环的开发流程。
 
  这就是我们所谓的整个开发平台的全局,大家可以看一下,从最开始的在Simulink里面建立的模型,然后Simulink导出到DLL到方针平台,再通过其他的第三方开发软件开发机组其他的一些策略以及代码,最后代码放到控制柜再到风场运行,最后再实现大数据的采集然后数据的分析,最终再导入到控制策略的研发类的仿真平台,这样子形成一个闭环。实际上这么一个圈,大家看一下,也符合我们质量控制里面的PDC的循环,右上角这块可能就是我们的策划阶段,在右下角这部分我们讲坐标的第二象限,这部分就是我们实施的阶段,再到后面的测量到检测,再到优化,通过这么一个闭环的开发就能够很好的把数据流中间相应的数据孤岛打通,这样形成一个闭环的开发流程。
 
  这是我的分享,谢谢大家!

(文章内容来自现场速记整理,未经本人审核)
 
 

 
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