一种风机主控系统的运行测试系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种风机主控系统的运行测试系统，该系统包括：模型建立单元、语言转化单元以及控制器；其中，模型建立单元利用图形化功能的建模工具，建立风机模型；语言转化单元将建立的风机模型转化成控制器能识别的风机模型程序；控制器运行转化后的风机模型程序，并在运行过程中与待测试风机主控系统进行数据对接，实现对待测试风机主控系统的运行测试。本发明同时公开了一种风机主控系统的运行测试方法。
【专利说明】一种风机主控系统的运行测试系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及风力发电机测试技术，尤其涉及一种风机主控系统的运行测试系统及方法。
【背景技术】
[0002]风机的控制系统是风机的重要组成部分，它承担着风机监控、自动调节、实现最大风能捕获、以及保证良好的电网兼容性等重要任务。风机的控制系统主要由监控系统、主控系统、变桨控制系统以及变频系统(变频器)，偏航系统几部分组成。其中，风机主控系统是风机控制系统的主体，相当于人的大脑，能实现自动启动、自动调向、自动调速、自动并网、自动解列、故障自动停机、自动电缆解绕、最大风能捕捉及自动记录与监控等重要控制、以及保护功能等，是风机的中央控制系统，风机主控系统产品的技术性能对风机的整体性能起着关键性的作用。
[0003]一个新的风力发电机(简称风机)主控系统或新的主控算法模块，在开发的前期、中期、以及投入到现场试运行之前的研发后期，也都需要在厂内进行充分的仿真验证测试，以保障各阶段的研发目标和产品性能。
[0004]目前，对风机主控系统进行验证测试所采用手段主要有以前几种:
[0005]1、利用风电领域专业的仿真软件进行控制策略的仿真。例如，利用GH Blade软件进行验证测试，该方法也是目前使用较为广泛的方法，它可以方便地修改控制策略，验证在不同工况下控制策略的有效性。但是，一个风机的主控系统不仅仅包含控制策略，还包括运行控制策略的软硬件系统以及外围的电气回路，此方法通常难以为整个风力发电机主控系统提供一个完整的综合性的验证手段；并且，很多情况下，由于实际风机主控系统运行的程序和从该系统中人工提取出来参与仿真验证的主控策略或算法程序通常是在两种编程环境下甚至是不同编程语言实现的，这种情况下，二者是存在一定差异性的。
[0006]2、利用直流或交流电机模拟原动机风轮构成的实物仿真系统。该方法由于发电机、变流器全部为实物，不存在仿真建模环节，可以对整个风机主控系统进行有效地仿真；但缺点是占地面积大，成本极高，且不易改变不同机组容量情况下对应的参数，受限于原动机的调速能力，也不易模拟各种快速变化的风速的影响。此种方法适用于厂家风机定型批量化生产之后，风机出厂前的仿真测试。即使这样，风机的仿真测试大部分是以各子系统局部测试来完成，同样难以实现全局一体化的测试；
[0007]3、利用物理可编程逻辑控制器(PLC,Programmable Logic Controller)搭建仿真系统。该方法是在一个物理PLC系统中开发风机仿真程序，用来模拟产生或接收风机主控系统所需的环境和电气输入信号及风机控制命令输出信号，开发的风机仿真软件与风机主控系统之间通过物理电气连接的方式实现信号的交互。该方法一般需要利用手工代码编程的方式来逐步创建风机仿真程序，这种情况下，通常开发周期会很长，开发的仿真程序成本高，且机型适应性窄。
[0008]总之，现有的对风机主控系统进行验证测试所采用手段效率不高，灵活性差。
【发明内容】
[0009]为解决现有技术中的问题，本发明实施例提供一种风机主控系统的运行测试系统及方法。
[0010]为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的:
[0011]本发明实施例提供一种风机主控系统的运行测试系统，所述系统包括:模型建立单元、语言转化单元以及控制器；其中，
[0012]模型建立单元，用于利用图形化功能的建模工具，建立风机模型；
[0013]语言转化单元，用于将建立的风机模型转化成控制器能识别的风机模型程序；
[0014]控制器，用于运行转化后的风机模型程序，在运行过程中与待测试风机主控系统进行数据对接，实现对待测试风机主控系统的运行测试。
[0015]上述方案中，所述系统还包括:验证单元，用于对建立的风机模型进行仿真验证；
[0016]相应地，语言转化单元，用于仿真验证通过后将建立的风机模型转化成控制器能识别的风机模型程序。
[0017]上述方案中，所述系统还包括:预处理单元，对建立的风机模型进行代码转化预处理；
[0018]相应地，语言转化单元，用于将代码转化预处理后的风机模型转化成控制器能识别的风机模型程序。
[0019]上述方案中，所述系统还包括:输出单元，用于在对待测风机主控系统进行运行测试的过程中，通过仿真界面输出显示相关参数变量及测试结果。
[0020]上述方案中，所述系统还包括:模型控制参数调整单元，用于在运行测试过程中，当测试需求改变时，通过仿真界面，调整风机模型的相关控制参数，并在调整相关控制参数后，触发控制器；
[0021]相应地，控制器，用于收到模型控制参数调整单元的触发后，根据调整后的风机模型的相关控制参数，再次运行转化后的风机模型程序，并在运行过程中与待测试风机主控系统进行数据对接，实现对待测试风机主控系统的运行测试。
[0022]上述方案中，当运行所述待测试风机主控系统对应程序的控制器与运行风机模型程序的控制器为同一个控制器时，所述在运行过程中与待测试风机主控系统进行数据对接，实现对待测试风机主控系统运行测试，包括:
[0023]所述待测风机主控系统对应的线程将下达的控制操作命令直接发送给所述风机模型程序对应的线程；
[0024]所述风机模型程序对应的线程将运算结果直接发送给所述待测风机主控系统对应的线程；或者，
[0025]当运行所述待测试风机主控系统对应程序的控制器与运行风机模型程序的控制器为两个控制器时，所述在运行过程中与待测试风机主控系统进行数据对接，实现对待测试风机主控系统运行测试，包括:
[0026]所述待测风机主控系统对应的线程将下达的控制操作命令通过物理电气I/O通道发送给所述风机模型程序对应的线程；
[0027]所述风机模型程序对应的线程将运算结果通过物理电气I/O通道发送给所述待测风机主控系统对应的线程。
[0028]本发明实施例还提供一种风力发电机主控系统的运行测试方法，包括:
[0029]利用具有图形化功能的建模工具，建立风机模型；
[0030]将建立的风机模型转化成控制器能识别的风机模型程序；
[0031]控制器运行转化后的风机模型程序，并在运行过程中与待测试风机主控系统进行数据对接，实现对待测试风机主控系统的运行测试。
[0032]上述方案中，所述将建立的风机模型转化成控制器能识别的风机模型程序之前，所述方法还包括:
[0033]对建立的风机模型进行仿真验证，仿真验证通过后将建立的风机模型转化成控制器能识别的风机模型程序。
[0034]上述方案中，所述将建立的风机模型转化成控制器能识别的风机模型程序之前，所述方法还包括:
[0035]对建立的风机模型进行代码转化预处理，将代码转化预处理后的风机模型转化成控制器能识别的风机模型程序。
[0036]上述方案中，所述方法还包括:
[0037]在对待测风机主控系统进行运行测试的过程中，通过仿真界面输出显示相关参数变量及测试结果。
[0038]上述方案中，所述方法还包括:
[0039]在运行测试过程中，当测试需求改变时，通过仿真界面，调整风机模型的相关控制参数，并在调整相关控制参数后，运行风机模型程序的控制器根据调整后风机模型的相关控制参数，再次运行转化后的风机模型程序，并在运行过程中与待测试风机主控系统进行数据对接，实现对待测试风机主控系统的运行测试；在对待测风机主控系统进行运行测试的过程中，通过仿真界面输出相关参数变量及测试结果，以此类推，直至完成所需的各种测试。
[0040]本发明实施例提供的风机主控系统的运行测试系统及方法，利用具有图形化功能的建模工具，建立风机模型；将建立的风机模型转化成控制器能识别的风机模型程序；控制器运行转化后的风机模型程序，并在运行过程中与待测试风机主控系统进行数据对接，实现对待测试风机主控系统的运行测试，如此，能有效地减小占地面积、减小物理设备依赖性、提高测试效率与灵活性，从而有效地降低了测试成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0041]图1为本发明实施例第一种风机主控系统的运行测试系统结构示意图；
[0042]图2为本发明实施例第二种风机主控系统的运行测试系统结构示意图；
[0043]图3为本发明实施例第三种风机主控系统的运行测试系统结构示意图；
[0044]图4为本发明实施例一种风机主控系统的运行测试方法流程示意图；
[0045]图5为本发明实施例另一种风机主控系统的运行测试方法流程示意图；
[0046]图6为本发明实施例一种风机主控系统的运行测试方法示意图；
[0047]图7为本发明实施例一中建立的风机模型示意图；
[0048]图8为本发明实施例一中对风机模型进行仿真验证所输出的部分信号示意图；[0049]图9为本发明实施例一中采用仿真软件进行代码转化的操作示意图；
[0050]图10为本发明实施例一中待测试风机主控系统程序和风机模型程序统一集成以及它们赋值交互代码片段示意图；
[0051]图11为本发明实施例一中仿真界面测试相关参数及变量示意图；
[0052]图12为本发明实施例一中仿真界面显示测试风机启动并网全过程示意图。
【具体实施方式】
[0053]在以下的描述中，将风力发电机控简称为风机；其中，风力发电机包括:风轮机和发电机。
[0054]在本发明实施例中，利用具有图形化功能的建模工具，建立风机模型；将风机模型转化成控制器能识别的风机模型程序；所述控制器运行转化后的风机模型程序，并与待测试风机主控系统进行数据对接,实现对待测试风机主控系统的运行测试。
[0055]下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0056]本发明实施例提供的风机主控系统的运行测试系统，如图1所示，该系统包括:模型建立单元11、语言转化单元12以及控制器13 ;其中，
[0057]模型建立单元11，用于利用图形化功能的建模工具，建立风机模型；
[0058]语言转化单元12，用于将建立的风机模型转化成控制器13能识别的风机模型程序;
[0059]控制器13，用于运行转化后的风机模型程序，并在运行过程中与待测试风机主控系统进行数据对接，实现对待测试风机主控系统的运行测试。
[0060]这里，控制器13包括:运行转化后风机模型程序的中央处理器(CPU)及相应的附属单元；其中，相应的附属单元所包含的具体单元是本领域技术人员的惯用技术手段，这里不再赘述。
[0061]其中，如图2所示，本发明实施例提供的风机主控系统的运行测试系统还可以包括:该系统还可以包括:验证单元14，用于对建立的风机模型进行仿真验证；
[0062]相应地，语言转化单元12，用于仿真验证通过后将建立的风机模型转化成控制器13能识别的风机模型程序。
[0063]如图3所示，该系统还可以包括:预处理单元15，对建立的风机模型进行代码转化预处理；
[0064]相应地，语言转化单元12，用于将代码转化预处理后的风机模型转化成控制器13能识别的风机模型程序。
[0065]该系统还可以包括:输出单元，用于在对待测风机主控系统进行运行测试的过程中，通过仿真界面输出显示相关参数变量及测试结果。
[0066]该系统还可以包括:模型控制参数调整单元，用于在运行测试过程中，当测试需求改变时，通过仿真界面，调整风机模型的相关控制参数，并在调整相关控制参数后，触发控制器13 ；
[0067]相应地，控制器13，用于收到模型控制参数调整单元的触发后，根据调整后的风机模型的相关控制参数，再次运行转化后的风机模型程序，并在运行过程中与待测试风机主控系统进行数据对接，实现对待测试风机主控系统的运行测试。[0068]下面详细描述本发明实施例风机主控系统的运行测试系统中各单元的功能。
[0069]本发明实施例提供的风机主控系统的运行测试方法，如图4所示，包括以下步骤:
[0070]步骤401:利用具有图形化功能的建模工具，建立风机模型；
[0071]这里，所述具有图形化功能的建模工具是指:已经将各子模型采用图形的方式进行显示的建模工具，比如:MATLAB/SMULINK或PSCAD等，这样，使用者利用这些建模工具建立仿真模型时，可以将所需的子模型所对应的图形利用逻辑控制连在一起，从而完成模型的建立。举个例子来说，假设使用者需要建立一个风机模型，所需的子模型包括:气象风子模型、风轮子模型、传动链子模型、逻辑控制子模型、以及发电机子模型等，使用者从所述具有图形化功能的建模工具中找到或搭建气象风子模型、风轮子模型、传动链子模型以及逻辑控制子模型各子模型对应的图形，且放置在所述具有图形化功能的建模工具的开发平台上，并将这些图形采用箭头等图形对应的逻辑控制连接在一起，从而完成风机模型的建立，如此，对于开发人员来说，能够快速、准确、有效地建立风机模型；并且，开发人员只需要在具有图形化功能的建模工具提供的平台上编辑风机模型对应的子模型和控制算法，并调制好控制参数后，即可完成风机模型的建立，所以不需要开发人员具备很高的专业素质能力。
[0072]其中，在利用具有图形化功能的建模工具建立风机模型时，第三方发布的、且与所述具有图形化功能的建模工具具有兼容性的风电工具包也可以用于建立风机模型；这里，所述第三方发布的风电工具包是指:风电领域的工作者免费发布的、所有人均可以使用的风电工具包；所述风电工具包具体可以是:气象风子模型、风轮子模型、传动链子模型以及发电机子模型等与风力发电相关的各种功能或子系统模型。
[0073]在利用具有图形化功能的建模工具建立风机模型时，依据目标风机的相关参数，并结合风力发电机的理论研究，分析风机启动、变转速、变桨距控制、偏航等条件，调用具有图形化功能的建模工具中建立风机模型所需的子模型所对应的图形，并将这些图形采用逻辑控制连接在一起，从而完成风机模型的建立。
[0074]建立的风机模型为MW级大型风机组的风机模型。
[0075]步骤402:将建立的风机模型转化成控制器能识别的风机模型程序；
[0076]这里，在执行本步骤之前，该方法还可以包括:
[0077]对建立的风机模型进行仿真验证，仿真验证通过后将建立的风机模型转化成控制器能识别的风机模型程序；其中，在对建立的风机模型进行仿真验证时，需要先建立与风机模型连接的外部接口子模型，比如:风速、风向、以及系统电网等子模型，这些外部接口子模型建立后，即可对建立的风机模型进行仿真验证。对建立的风机模型进行仿真验证的具体实现为本领域技术人员惯用技术手段，这里不再赘述。
[0078]在执行本步骤之前，该方法还可以包括:
[0079]对建立的风机模型进行代码转化预处理，将代码转化预处理后的风机模型转化成控制器能识别的风机模型程序。其中，所述代码转化预处理包括:离散化处理、设置仿真时间步长以及设置模型输入输出接口及参数等；对建立的模型进行预处理的具体处理过程可采用现有技术。这里，在实际应用时，一般是对建立的风机模型进行仿真验证，仿真验证通过后，对建立的风机模型进行代码转化预处理，将代码转化预处理后的风机模型转化成控制器能识别的风机模型程序。
[0080]在将建立的风机模型转化成控制器能识别的风机模型程序时，依据控制器的类型(通常选择与待测主控系统控制器对应的软硬件平台类型)，利用所述具有图形化功能的建模工具提供的语言转化功能，将建立的风机模型转化成控制器所支持的高级语言程序，t匕如:C/C++语言程序、IEC61131-3语言程序等，再将语言转化后的风机模型程序集成到所述控制器相应的集成软件自动化环境中，编译下载后，风机模型程序就可以在所述控制器中直接运行了。
[0081]所述控制器可以为PLC、PAC、个人电脑(PC,Personal Computer)中的虚拟控制器、或其他可以运行相关程序的CPU及附属设备等；其中，所述PC中的虚拟控制器是指:具有PLC或PAC仿真器功能的软件虚拟控制器，该功能通常由PLC或PAC配套的自动化软件提供。
[0082]步骤403:控制器运行转化后的风机模型程序，并在运行过程中与待测试风机主控系统进行数据对接，实现对待测试风机主控系统的运行测试。
[0083]这里，当运行所述待测试风机主控系统对应程序的控制器与运行所述风机模型程序的控制器为同一个控制器时，即:运行所述待测试风机主控系统对应CPU类型与运行所述风机模型程序对应CPU类型相同时(通常在步骤402中实现CPU类型一致)，所述在运行过程中与待测试风机主控系统进行数据对接，实现对待测试风机主控系统运行测试，具体包括:
[0084]所述待测风机主控系统对应的线程将下达的控制操作命令直接发送给所述风机模型程序对应的线程；
[0085]所述风机模型程序对应的线程将运算结果直接发送给所述待测风机主控系统对应的线程。
[0086]当运行所述待测试风机主控系统对应程序的控制器与运行所述风机模型程序的控制器为两个控制器时，即:运行所述待测试风机主控系统的CPU与运行所述风机模型程序的CPU为两个独立的CPU时，所述在运行过程中与待测试风机主控系统进行数据对接，实现对待测试风机主控系统运行测试，具体包括:
[0087]所述待测风机主控系统对应的线程将下达的控制操作命令通过物理电气I/O通道发送给所述风机模型程序对应的线程；
[0088]所述风机模型程序对应的线程将运算结果通过物理电气I/O通道发送给所述待测风机主控系统对应的线程。
[0089]其中，所述物理电气I/O通道可以包括:1/0板卡和相应的电缆接线。
[0090]控制器运行转化后的风机模型程序，并在运行过程中与待测试风机主控系统进行数据对接，即:运行的风机模型程序通过所需的I/o交互方式就可与待测试风机主控系统进行数据对接，从而形成一个闭环的测试系统。
[0091]在风机主控系统开发硬件条件不太充裕的研发初期，可以将待测试风机主控系统所用的控制器与运行所述风机模型程序的控制器设置为同一个控制器(可以是PC机的虚拟控制器)；在风机主控系统开发的中后期，硬件条件充裕的情况下，可以将待测试风机主控系统所用的控制器与运行所述风机模型程序的控制器分别运行于两个物理控制器中，从而使得测试环境更接近于实际的电气环境。如此，这种灵活多样的测试方式能满足风机主控系统的不同研发阶段的要求，适应性强，从而有效地降低了测试成本。
[0092]本实施例提供的风机主控系统的运行测试方法，利用具有图形化功能的建模工具，建立风机模型，
[0093]本发明实施例提供的风机主控系统的运行测试方法，如图5所示，该方法还可以包括:
[0094]步骤404:在对待测风机主控系统进行运行测试的过程中，通过仿真界面输出显示相关参数变量及测试结果。
[0095]这里，输出显示的相关参数变量可以包括:平均风速、平均风向、风速扰动因子、风向扰动因子、叶尖速比、当前效率、发电机功率、损耗功率、变桨角目标值、变桨角实际输出值、变桨速度实际输出值、发电机转速等。
[0096]输出显示的测试结果可以包括:风机运行状态，发电机功率、变频器功率、变桨位置、以及偏航位置等。
[0097]其中，在实际用时，用户可以选择需要输出的相关参数变量或测试结果的具体内容。
[0098]该方法还可以包括:在运行测试过程中，当测试需求变化调整时，通过仿真界面，调整风机模型的相关控制参数，并在调整相关控制参数后，运行风机模型程序的控制器根据调整后风机模型的相关控制参数，再次运行转化后的风机模型程序，并在运行过程中与待测试风机主控系统进行数据对接，实现对待测试风机主控系统的运行测试；在对待测风机主控系统进行运行测试的过程中，通过仿真界面输出相关参数变量及测试结果，以此类推，直至完成所需的各种测试；如此，能达到优化验证风机主控系统的逻辑控制、算法和相关参数的目的。
[0099]其中，所述测试条件需求改变是指:测试人员希望在改变测试条件(如不同气象风参数或类型，不同电网负荷及故障情况等)下观察验证待测试风机主控系统的行为；这里，改变测试条件的具体实现为本领域技术人员惯用技术手段，不再赘述。
[0100]所述相关控制参数包括:风模型、平均风速1、平均风速2、风速扰动因子、风向平均值、风向扰动因子、偏航角度编码器分辨率、偏航速度、偏航系统惯性时间常数、发电机转动惯量、变频器响应惯性时间常数、发电机极对数等。其中，平均风速I及平均风速2对应风机常用的两个风速仪表，两个冗余风速仪表能提高采集风速数值的可靠性和准确性。
[0101]通过上面的描述可以得知，通过本发明实施例提供的风机主控系统的运行测试方法，可以得到如图6所示的一个流程图，具体地，利用具有图形化功能的建模工具，建立风机模型；依据控制器的类型，利用所述具有图形化功能的建模工具提供的语言转化功能，将建立的风机模型转化成控制器对应软硬件平台所支持的高级语言程序，比如:C/C++语言程序、IEC61131-3语言程序等，再将语言转化后的风机模型集成到所述控制器相应的集成软件自动化环境中，编译下载后，风机模型程序就可以在所述控制器中直接运行了 ；所述控制器运行转化后的风机模型程序，此时可以将运行风机模型程序的控制器及其附属单元称为风机仿真系统，并在运行过程中与待测试风机主控系统进行数据对接，实现对待测试风机主控系统的运行测试，如此，能有效地减小占地面积，降低测试成本，提高测试效率。
[0102]下面结合具体实施例对本发明再作进一步详细的描述。
[0103]本实施例一
[0104]本实施例采用MATLAB/SMULINK仿真软件辅助建立一个2.5MW永磁直驱风机主控系统的运行测试系统；其中，风机模型代码转化语言为C/C++语言，该永磁直驱风机的主要参数如下:额定功率为2500kw，风轮直径为92m，额定风速为llm/s，切入风速为3m/s，切出风速为25m/s，转子额定转速为16RPM，发电机额定电压为700V，额定电流为2060A，发电机额定频率为16Hz，发电机极对数为60P。所用的控制器可以是满足功能需求的各厂家PLC或PAC，或者是其它能满足功能需求的控制器；当然，目标风机也可以是双馈或其它类型的各容量等级的风机。
[0105]本实施例建立风机主控系统的运行测试系统的流程包括:
[0106]步骤一:采用MATLAB/SMULINK仿真软件建立风机模型；
[0107]建立的风机模型主要包括:变桨叶风轮机和传动链子模型、永磁同步发电机子模型、风机状态切换控制子模型、变桨与转矩控制子模型、变流器子模型以及系统电网子模型等。其中，在建立风机模型时，对于每个子模型，除MATLAB/SMULINK仿真软件自带的Simulink Library中仿真工具包可以直接使用外,还可以使用众多第三方开发的仿真工具包，这样，可以大大提高模型建立的效率和速度。
[0108]下面以风轮和传动系统、永磁同步发电机以及风机状态切换控制建立子模型为例，对风机模型建立过程进行简单介绍。
[0109]1、变桨叶风轮机和传动链子模型的建立
[0110]MATLAB/SIMULINK仿真软件的相关子模型工具包资源中，已有一些专业的风轮和传动系统子模型。在本实施例中，例如采用第三方开发的风电仿真包-风力发电机工具包(Wind Turbine Blockset)中的变奖距风机风轮模型(Wind Turbine Rotor VariablePitch)和二阶模型传动链(Drive-Train (Two-mass model))分别作为风轮波形和传动系统子模型，如图7所示。其中，风轮参数设置包括:风轮半径(Blade radius)为46m，空气密度(Air density)为 1.25kg/m3,切入风速(Cut in speed)为 3m/sec,切出风速(Cut outspeed)为25m/sec，从而完成变桨叶风轮机和传动链子模型的建立。
[0111]2、永磁同步发电机子模型的建立
[0112]MATLAB/SIMULINK仿真软件中 Simulink Library 下的 SimPowerSystems 工具包中已含有永磁同步风机发电机子模型，因此，在本实施例中直接采用MATLAB/SMULINK仿真软件中已有的永磁同步风机发电机子模型，如图7所示，并根据目标风机的相关参数，配置相关参数即可完成永磁同步发电机子模型的建立。
[0113]3、风机状态切换控制子模型的建立
[0114]建立的风机状态控制子模型需要实现的功能包括:根据风速及风向对风机进行相应控制；在稳定的液压或电气控制下，变桨和偏航；同时监视发电机运行的温度以及液压系统的油压等等，有异常时进行报警，必要时使风机停机；主要根据风力发电机的不同运行工况，实现风机的不同基本状态运行触发与转换等工作。其中，实现的风机的基本状态包括:停机、启动，并网发电、变桨和偏航，故障刹车，建立的风机状态控制子模型如图7所示。
[0115]步骤二:模型验证和代码转化
[0116]当风机模型建立完成后，可以在MATLAB/SMULINK仿真软件中运行(Run)建立的风机模型，以便对建立的风机模型进行仿真验证。
[0117]在进行仿真验证的过程中，用Scope示波器将所需观察的信号输出，以便验证建立的模型是否符合预期要求，图8为对建立的风机模型进行仿真运行所输出的部分信号，从上到下依次为:风速、偏航角度、转速、变桨角、发电机的输出功率。[0118]当风机模型通过验证后，利用MATLAB/SMULINK仿真软件，风机模型进行预处理，包括:离散化处理、设置仿真时间步长以及设置模型输入输出接口及参数等，再根据控制器的类型，配置相应的参数，并选择对应的控制器软件平台等，实际应用中通常会选择与待测风机主控系统所采用的控制器CPU平台类型相同的输出(如倍福，巴赫曼PLC对应3SCoDeSys平台，贝加莱PLC对应B&R平台)，如图9所示，这样就能使得所生成的风机模型程序对应的控制器CPU类型与待测风机主控系统所采用的控制器CPU的类型相同，这为后续选择集成(两个程序合成在同一个控制器中运行)或分开独立测试提供了更多灵活性。最后，利用MATLAB/SMULINK仿真软件，将风机模型转化成C/C++语言(实际应用时，也可以是其他语言)的风机模型程序；另外，根据风机主控系统程序实际中断频率，设置风机模型对应的程序中断执行步长(Step)，如设置为0.01s，从而完成代码转化过程。
[0119]当待测试风机主控系统对应的程序代码与风机模型的程序代码集成在同一个控制器的集成自动化平台中之后，待测试风机主控系统对应的程序和风机模型对应的程序之间可以进行各种形式的数据交互，其中，最简单的也是最直接的交互方式就是线程间的代码赋值交互，换句话说，就是将风机模型对应的程序的输出变量与测试风机主控系统对应的程序的输入变量进行赋值对接，并将测试风机主控系统对应的程序的命令输出赋值给风机模型对应的程序的命令输入，如图10所示。这里，需要说明的是:用于实现待测试风机主控系统对应的程序和风机模型对应的程序之间交互的语言不受风机模型转化所采用语言的限制，可以是控制器平台所支持的任一种编程语言，比如IEC61131-3语言中的StructText (ST)语目等，如图10所不。
[0120]同时，在控制器对应的工程自动化软件平台上开发一些人机界面，S卩:仿真界面，将风机主控系统一些重要的变量或参数即相关控制参数进行界面显示，并可通过操作界面修改这些相关控制参数，如图11所示，从而实现对待测试风机主控系统的运行测试的起停触发控制，并通过仿真界面调整模型参数和查看仿真结果，以观察风机在不同工况下系统的运行反馈，如图12所示。通常来讲，风机的基本控制逻辑和流程及大部分控制算法均可用上述方法得到测试。
[0121]当运行待测试风机主控系统对应程序的控制器与运行风机模型程序的控制器为两个独立控制器时，可以为待测试风机主控系统提供一个更加真实的应用环境，配合以输入输出I/o板卡和相应的电缆接线，形成半实物仿真系统，从而完整仿真现场物理电气连接情况，这样，会使得仿真测试更加逼真和完整。总之，这种灵活方便、硬件需求小的主控测试系统对于风机主控研发项目的各功能调试是非常适用和方便的。
[0122]本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0123]本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0124]这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0125]这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0126]以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种风机主控系统的运行测试系统，其特征在于，所述系统包括:模型建立单元、语言转化单元以及控制器；其中， 模型建立单元，用于利用图形化功能的建模工具，建立风机模型； 语言转化单元，用于将建立的风机模型转化成控制器能识别的风机模型程序； 控制器，用于运行转化后的风机模型程序，在运行过程中与待测试风机主控系统进行数据对接，实现对待测试风机主控系统的运行测试。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括:验证单元，用于对建立的风机模型进行仿真验证； 相应地，语言转化单元，用于仿真验证通过后将建立的风机模型转化成控制器能识别的风机模型程序。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括:预处理单元，对建立的风机模型进行代码转化预处理； 相应地，语言转化单元，用于将代码转化预处理后的风机模型转化成控制器能识别的风机模型程序。
4.根据权利要求1至3任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括:输出单元，用于在对待测风机主控系统进行运行测试的过程中，通过仿真界面输出显示相关参数变量及测试结果。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统还包括:模型控制参数调整单元，用于在运行测试过程中，当测试需求改变时，通过仿真界面，调整风机模型的相关控制参数，并在调整相关控制 参数后，触发控制器； 相应地，控制器，用于收到模型控制参数调整单元的触发后，根据调整后的风机模型的相关控制参数，再次运行转化后的风机模型程序，并在运行过程中与待测试风机主控系统进行数据对接，实现对待测试风机主控系统的运行测试。
6.根据权利要求1至3任一项所述的系统，其特征在于，当运行所述待测试风机主控系统对应程序的控制器与运行风机模型程序的控制器为同一个控制器时，所述在运行过程中与待测试风机主控系统进行数据对接，实现对待测试风机主控系统运行测试，包括: 所述待测风机主控系统对应的线程将下达的控制操作命令直接发送给所述风机模型程序对应的线程； 所述风机模型程序对应的线程将运算结果直接发送给所述待测风机主控系统对应的线程；或者， 当运行所述待测试风机主控系统对应程序的控制器与运行风机模型程序的控制器为两个控制器时，所述在运行过程中与待测试风机主控系统进行数据对接，实现对待测试风机主控系统运行测试，包括: 所述待测风机主控系统对应的线程将下达的控制操作命令通过物理电气I/o通道发送给所述风机模型程序对应的线程； 所述风机模型程序对应的线程将运算结果通过物理电气I/o通道发送给所述待测风机主控系统对应的线程。
7.一种风力发电机主控系统的运行测试方法，其特征在于，所述方法包括: 利用具有图形化功能的建模工具，建立风机模型；将建立的风机模型转化成控制器能识别的风机模型程序； 控制器运行转化后的风机模型程序，并在运行过程中与待测试风机主控系统进行数据对接，实现对待测试风机主控系统的运行测试。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述将建立的风机模型转化成控制器能识别的风机模型程序之前，所述方法还包括: 对建立的风机模型进行仿真验证，仿真验证通过后将建立的风机模型转化成控制器能识别的风机模型程序。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述将建立的风机模型转化成控制器能识别的风机模型程序之前，所述方法还包括: 对建立的风机模型进行代码转化预处理，将代码转化预处理后的风机模型转化成控制器能识别的风机模型程序。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当运行所述待测试风机主控系统对应程序的控制器与运行风机模型程序的控制器为同一个控制器时，所述在运行过程中与待测试风机主控系统进行数据对接，实现对待测试风机主控系统运行测试，包括: 所述待测风机主控系统对应的线程将下达的控制操作命令直接发送给所述风机模型程序对应的线程； 所述风机模型程序对应的线程将运算结果直接发送给所述待测风机主控系统对应的线程；或者， 当运行所述待测试风机主控系统对应程序的控制器与运行风机模型程序的控制器为两个控制器时，所述在运行过程中与待测试风机主控系统进行数据对接，实现对待测试风机主控系统运行测试，包括: 所述待测风机主控系统对应的线程将下达的控制操作命令通过物理电气I/o通道发送给所述风机模型程序对应的线程； 所述风机模型程序对应的线程将运算结果通过物理电气I/o通道发送给所述待测风机主控系统对应的线程。
11.根据权利要求7至10任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 在对待测风机主控系统进行运行测试的过程中，通过仿真界面输出显示相关参数变量及测试结果。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 在运行测试过程中，当测试需求改变时，通过仿真界面，调整风机模型的相关控制参数，并在调整相关控制参数后，运行风机模型程序的控制器根据调整后风机模型的相关控制参数，再次运行转化后的风机模型程序，并在运行过程中与待测试风机主控系统进行数据对接，实现对待测试风机主控系统的运行测试；在对待测风机主控系统进行运行测试的过程中，通过仿真界面输出相关参数变量及测试结果，以此类推，直至完成所需的各种测试。
【文档编号】G05B23/02GK103713622SQ201310665563
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月9日 优先权日:2013年12月9日
【发明者】王淑超, 徐卫峰, 赵刚, 牛洪海, 严伟 申请人:南京南瑞继保电气有限公司, 南京南瑞继保工程技术有限公司