风电机组主控系统测试平台开发设计

卢 勇，杜佳佳，蒋 韬，宋建秀，舒 晖

（中车株洲电力机车研究所有限公司，湖南 株洲 412001）

风电机组主控系统测试平台开发设计

卢 勇，杜佳佳，蒋 韬，宋建秀，舒 晖

（中车株洲电力机车研究所有限公司，湖南 株洲 412001）

本文介绍了基于Bachmann 硬件PLC的风电机组主控系统测试平台的开发原理，实现方案，测试流程和测试结果。该平台能够对风电机组主控系统硬件和软件进行全面和有效的测试，提高主控系统的稳定性，减少现场调试工作量和风机故障率。

风电机组；主控系统；测试；Bachmann；PLC

0 引言

目前，我国风力发电发展迅速，单机容量和风电场规模都在不断扩大，风电产业正处于良好的发展机遇当中。风电机组的控制系统主要包括三大部分：主控系统、变流器系统和变桨系统。其中，主控系统是风电机组的核心，通过对变流器系统和变桨系统的协调控制，实现机组功率的有效输出和发电机转速的稳定，另一方面对机组进行状态监测和安全保护。因此，如何对主控系统进行全面有效的测试，提高风电机组主控系统的质量，成为风电机组制造商亟待解决的问题。由于风电机组主控系统不仅包含控制策略，还包括总线通讯、光纤通讯、IO接口和监督控制等，因此用仿真软件进行全面测试是不可行的。而如果采用变流器、发电机和变桨系统实物进行测试，则经济性不高，不仅价格昂贵，而且占地较广。

本文提出的风电机组主控系统测试平台是针对中车株洲所风电WT2000级风电主控系统（采用Bachmann 硬件PLC）开发设计的。该测试平台同样基于Bachmann 硬件PLC，包括了整个风电机组的全部测点，能够测试完整的主控程序，包括变流器系统、偏航系统、变桨系统、发电机系统和所有的外部IO等。通过对主控系统进行全面的测试，能够及时发现主控系统存在的问题。通过对主控系统的优化和完善，能够较大程度提高风机产品质量和可靠性。

1 测试平台设计原理

从被测对象主控系统的角度来说，需要运行完整的主控程序，就需要模拟完整的外部输入和输出，这是测试平台的核心部分。本文所述测试平台采用Bachmann公司的CM202通讯模块对CANOpen通讯进行模拟，包括变流器与主控的通讯、变桨系统与主控的通讯和偏航系统与主控的通讯；采用Bachmann公司的数字IO模块和模拟IO模块对主控的监督控制部分进行模拟，这样就使得主控系统处于它所认为的真实风机环境中运行。

除了通讯和IO接口，我们需要一个仿真模型来模拟电网、发电机、变流器、变桨系统和偏航系统等风机部件，本文所述测试平台采用风电行业使用最多的整机模型Bladed仿真模型。一方面该模型的仿真精度足以满足主控测试平台的需求，另一方面能够通过自带的TCP协议与测试平台PLC进行通讯。Bladed仿真模型、测试平台PLC及模拟程序，共同构建起了主控系统的完整外设，如同在真实的风电机组环境中运行，测试平台架构如图1所示。

图1 风电机组主控系统测试平台架构

2 测试平台设计说明

2.1 仿真模型

根据风电机组的部件参数，在Bladed中搭建风机的模型，包括：塔筒、叶片、传动链、变流器、发电机、电网以及损耗模型等，构建虚拟风机。

2.2 测试平台PLC

测试平台PLC包括硬件和软件两个部分，硬件部分包括Bachmann CPU模块、总线（CANOpen）通讯模块、数字IO模块、模拟IO模块、电源模块以及外部线路等。软件部分主要包括：1. 根据主控程序与偏航、变桨和变流器的通讯协议，编写的通讯部分程序；2.根据主控系统监督控制编写的IO映射关系程序；3. Bladed模型无法实现的特殊工况模拟程序。

2.3 数据交换和测试算例

根据主控系统的控制逻辑和运行状态，在Bladed的硬件仿真测试模块Bladed Hardware Test Model （BHTM）中编写数据交换代码和测试算例，对整个主控系统进行全面的测试。

2.4 数据处理部分

BHTM模块提供了数据记录功能，利用该功能可以记录和保存各测试数据，并通过Matlab编程进行测试结果的直观展示和数据分析。Bachmann平台的主控系统，通过对程序进行设置，能够在CPU模块中记录数据，包括故障、状态和参数值等，并且可以方便的将该数据导出和显示，以便分析。

图2 测试流程

3 测试流程

在测试算例编写完成之后，即可对主控程序进行测试，测试流程如图2所示。

4 测试结果

图3 测试算例示例

按钮按下和变流器本地控制。

图4 测试结果—故障记录

测试结果如图4所示，记录了故障类型名称及发生时间。

5 结语

本文提出的风电机组主控系统测试平台，能够对完整的主控程序和PLC硬件进行全面有效的测试，能够最大程度的发现主控系统存在的问题，并进行优化和改善。本测试平台方案架构简单，费用较低，能够测试基于Bachmann平台的大部分主控系统，为风电机组主控系统测试提供了有效的方法。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.024