基于Bladed的硬件在环仿真技术在风力发电机组控制算法开发中的应用

自动化应用

电力自动化基于Bladed的硬件在环仿真技术在风力发电机组控制算法开发中的应用()明阳智慧能源集团股份公司,广东中山528437黄

蓉,黄国燕摘

要

风力发电机组是由若干复杂子系统组成的,为降低机组故障率,在各种负载及工况下,对控制算法进行全面可靠的实时仿真极其重要。基于B通过该平台可以实现新控制策略的开laded的硬件在环仿真技术,发,可对风机系统进行全面实时仿真。结果表明,硬件在环仿真结果与现场实际测试结果相一致;不仅验证了该仿真技术的有效性与合理性,还大大缩短了算法的开发应用周期,提高了机组的可靠性。;关键词

风力发电机组;硬件在环仿真;控制算法Bladed中图分类号 TP23/DOI .2019.03.042jy的硬件在环仿真结果与现场测试结果进行对比分析;第四部分,对基于Bladed的硬件在环仿真技术进行总结展望。0引言近年来,随着人类对能源依赖性加强,能源危机和环境问题日益显著,凭借风能清洁能源的属性和分布广泛的优势,国内风力发电行业进入了一个飞速发展期。但在风电高速发展的过程中却暴露出了许多问题,如:风机稳定性差及可利用率低,由于人为操作失误而导致的停机及发电量损失,风机配置较多导致对新设备验证不充分进而增加了故障率,等等。上述故障的发生导致机组的运行和维护成本也越来越高,对风电设备制造商及风电开发商造成了重大经济损失。基于以上现状,亟须开发一种新技术,在出厂前对机组各方面性能进行检测验证。仿真技术不受气象条件的限制,且具有投入低等优1-2]点,已在电力系统[等领域成熟应用。因此,为降低运1硬件在环仿真技术简述硬件在环仿真是基于物理仿真和数字仿真技术,发展起来的一种典型半实物仿真方法。在硬件在环仿真试验中,实际设备或环境用仿真模型来替代,再通过接口模块将该模型与真实的控制器构成一个闭环测试系统,且要求系统的软件环境和硬件都按照自然时间尺度运行。其中,相对较难建立数学模型的部件(如换流器系统)可保留在闭环系统中,可以在实验室环境下完成不同工况的测试、故障测试及在实际的环境下费用高昂的测试等。硬件在环仿真技术不仅能够充分利用计算机建模的方便性、简易性,大大降低了经济成本;而且,便于对系统的输入进行快捷灵活的修改,对系统参数及控制策略进行精确快速的优化,检验实际系统的性能指标与可靠性。维成本,提高机组运行效率,仿真技术逐渐在风力发电机3]。组的研究和测试领域得到广泛的应用[4]王沐晗[在虚拟仪器LabVffiW环境下建立了各部分的仿真模型,进行了风力发电机组的仿真研究,验证了5]/模型的合理性。韩贝贝等[结合SimulinkStateflow技2基于Bladed的整机硬件在环仿真平台中的内容表示基于Bladed的整机硬件在环仿真平台。图1是风电机组控制器设计过程的示意图,其中方框术的仿真原理,建立了风电机组主控系统的仿真模型,该模型可根据给定的输入数据,输出与风电机组控制策略相一致的控制信号,能够简便地对系统进行建模仿真。6]谭伟[对RT-LAB实时仿真平台的软件和硬件进行了详细的研究,分别搭建了双馈风力发电机网侧控制器的硬件在环仿真平台及永磁同步发电机硬件在环仿真平台,可编程逻辑控制器)的风电机组仿真系统方案,可PLC(测试风电主控系统中控制逻辑、控制器软硬件及柜体电气等方面性能,但不能测试控制算法。术,进行新算法的开发与应用。主要框架如下:第一部分对硬件在环仿真技术进行阐述说明;第二部分将介绍基于B第三部分将新控制算法laded的硬件在环仿真平台;收稿日期:2019-02-147]并进行了硬件在环仿真研究。师毓佳[提出一种基于本文提出一种基于Bladed软件的硬件在环仿真技(,精确的风机设计模型,保证计算的准确性)通过C#语该平台的开发工具是常用的风机设计软件Bladed图1

风机控制器设计过程示意图 019年第03期1022

言对实现了以插件形式完成主控硬件Bladed软件HardwareTestMPLodCul与e进行二次开发,Modualre进行数据通信,利用该插件以及dwareTestModule的硬实时功能BlH,adaerddw气弹仿真areTest和仿真H实现硬件在环,旨在验证控制器程序的可靠性和逻辑的准确性。基于倍福该结构也可应用于丹控和西门子PLC的硬件在环仿真平台的完整结构如图PLC的硬件在环仿真2所示。。图2

倍福PLC硬件在环仿真平台进行硬件在环仿真时,定步长的积分,并将风机状态信息反馈给Bladed按照真实时间进行固软件;HardwareTest按照固定的时间间隔H,ar对dwareTest。的通信协议为HardwareTest与PBLlaC中指定的内存进行数据的读写ded间BeckhofPfLPC之H间ar的dw通areT信e协st自带的议为倍福Bla公dedP司的rot提oco供l协议,与的rotocol协议。为了实现实时的硬件在环仿真,主控程序、HardwareTest都需要进行一定的配置。首先,Bladed和在主控程序中需要添加与硬件在环有关的全局变量及程序段;其次,在HardwareTest中制作plan文件,完成相应的设备BP地址、通信协议、变量通道等添加修改;最后,设置laded硬件在环仿真的时间步长、调用的外部控制器等。根据图2搭建硬件在环仿真平台,并对主控程序、Bladed和HardwareTest正确设置后,方可进行仿真测试。控制策略硬件在环仿真及现场验证测试.1硬件在环仿真测试目前,大兆瓦级机组基本采用变速变桨的控制方式,当风速大于额定风速后,采用变桨的方式控制桨距角的角度,从而调节叶轮的气动功率,使机组处于满发状态。当风速小于额定风速时,采用的是变扭矩控制方式,通过变频器调节发电机的转矩,从而控制发电机转速以追踪风速的变化,保持获得最优的功率系数。图-。3是该策略下风电机组的转速扭矩曲线图3

转速-扭矩曲线电力自动化

自动化应用本文在原有控制策略的基础上,进行优化。分段采取如下控制策略:当低于额定风速时,结合实际风速与预估风速模糊值,采用自适应控制策略,动态地获得最佳尖速比和最大风能利用系数;在恒转速段,引入桨叶微调及尖速比转矩补偿辅助策略。完成上述控制策略开发后,按照第2节的硬件在环仿真方法,搭建图2所示的硬件在环仿真平台。以下是控制策略硬件在环的仿真结果。图出量,浅灰色线表4是Bladed仿真结果,其中,黑色实线表示模型输示新算法输出量。图5是估计风速与轮毂处的风速对比,估计的风速比模型风速偏低,由于估计风速为整个叶轮面受风的等效值,而模型风速为轮毂处的单点风速,因此二者的差别在可接受范围内。图4

实际风速与估计风速Bladed仿真对比曲线图5

风速估计值与机舱风速对比曲线.2现场验证测试经过对新控制策略做了后,在某风场进行现场测试验证Bla,d具体测试结果如下ed硬件在环仿真测试。图5为等效估计风速与机舱风速的对比图,其中,浅灰色是采用机械式的风速仪测得的机舱风速,黑色为估计风速。由图5可知:等效估计风速与实际风速趋势基本吻合,估计风速值偏小,尤其在阵风情况,二者差距会比较明显。综上所述,新控制策略件在环仿真结果与现场实测结果是一致的,验证Bla了de基d硬于Bladed的硬件在环仿真平台的有效性。结语本文提出将硬件在环仿真平台,采用数据通信协议实现风电机组仿真PLC与Bladed软件结合,搭建硬件,真实模拟风电机组主控程序的实际运行。一方面,可在较短时间内完成机组主控程序编写、主控算法与逻辑验证测试,避免了由于人为失误而带来的问题反映在实际的风机上;另一方面,也能够充分了解参数更改前后对风机载荷、出力、稳定性等机组性能的影响。2019年第03期

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自动化应用

电力自动化为新算法的开发应用提供坚实的理论依据,还可以实现各子系统的检验与验证工作,具备实时性好、易于扩展等优点,从而提高子系统及整个机组的可靠性,从一定程度上降低风机故障率,降低成本;进一步提高产品竞争力,拓展市场份额。参考文献[]辛业春,江守其,李国庆,等.电力系统数字物理混合仿真1:接口算法综述[电力系统自动化,J].2016,40(15)159-167.[]皮一晨,孙建军,尹晨旭,等.功率硬件在环仿真中功率接2综上所述,基于Bladed的硬件在环仿真平台不仅可():2016,4024105-110.[]李长青,丁立新,关哲.仿真技术在风力发电系统中的3]():应用[电力科学与工程,J.2008,2485-8.]口直流电压控制及电容参数设计[电力系统自动化,J.[]王沐晗.基于L北京:4abVIEW的风电机组仿真研究[D].华北电力大学,2012.[]韩贝贝,刘斌,吴文.应用S5tateflow技术的风电机组主控]():系统仿真[湖南工业大学学报,J.2015541-45.[]谭伟.硬件在环仿真技术研究及其在风力发电中的6应用[青岛:青岛科技大学,D].2014.[]师毓佳,王斌,沙玉婷,等.基于P7LC的风电机组仿真]():系统[中国电力,J.2012,45768-72.采用电能计量转换装置能彻底解决标准

综上所述,//380V电能表在480V315V270V电压等级光伏电站中的应用,解决电能表不能录入国网SG186系统等一系列难题。(上接第97页)方法二:整体检测法,即整体检验电能计量转换装置。如图3检测接线,通过标准电能表W1和经电能计量转换装置测得的电能表W2的度数,直接计算电能计量/转换装置的综合转换倍率NzP1P2。h=3电能计量转换装置参数设定电能计量转换装置参数是电能计量转换装置适用场合、电能计量表计的选取和倍率整定的依据,因此电能计综合转换倍率Nz380V,h。序号123一次额定电压U1/V480315270,量转换装置参数应包括:一次额定电压U1(二次电压V)表2

电能计量转换装置参数表二次电压/V380380380综合转换倍率NzhNct·NptNct·NptNct·Npt图3

电能计量转换装置检测接线图为电能计量转换装置装设场

一次额定电压U1(V);所光伏系统电压;二次电压为电能表接入电压(380V)综合转换倍率Nzh为电能量录入电能计量系统的计算倍率。5结语//系统对4使不同电80V315V270V光伏电站的计量,压等级的光伏电站接入系统方式更加灵活,大大拓展了光伏电站接入系统模式的范围,能推动国家精准光伏扶贫政策的实施。参考文献[]郑尧,李兆华,谭金超,等.电能计量技术手册[北京:1M].中国电力出版社,2002.通过电能计量转换装置,可实现国家现有电能计量4电能计量转换装置检测方法电能计量转换装置可采用现有电能量计量检测系统检测,可采用以下两种方法。电流互感器Nc再通过Nzt,h=Nct·Npt计算电能计量转换装置的综合转换倍率。方法一:分项检测法,即分别检测电压互感器Npt和 019年第03期1042