风电机组主控仿真测试系统的设计

喻连喜，张金环，赵静

(许继电气股份有限公司，河南 许昌 461000)

0 引言

近年来，随着国家支持风电产业发展政策的陆续出台，在国际风电技术的带动下，我国风电市场正面临前所未有的发展机遇。大型风电机组控制系统作为风电机组的技术核心，包含主控系统、变桨控制系统和变流控制系统3大部分。主控系统协调风电机组变桨变流控制，在保证传动系统柔性运行的前提下，实现风电机组在变化风况下的功率稳定输出，完成风电机组运行状态转换控制和状态监测监视，以及事故状态下风电机组的电气、机械保护功能。风机主控系统不仅关系到风电机组的正常、经济运行，更关系到风电机组本身的安全，保证风机主控系统的质量，是亟待解决的问题。在试验环境下，主控系统的运行参数无法实时采集，与变桨、变流控制系统的信息无法进行交互，无法建立闭环的测试环境，这些都是测试中需要解决的问题。计算机技术、通信技术的迅速发展，使得以计算机为测试、控制中心的测试技术日益发展完善，在多个领域得到了广泛应用。

本文提出的风机主控测试系统就是针对许继FJK－500 MW级风机主控系统而设计的。测试系统涵盖FJK－500 MW级风机主控系统的如下功能:运行控制、偏航与解缆控制、桨距控制、功率控制、停机控制、温度控制、故障判定与处理、所处状态判定与处理、通信处理及看门狗检测。针对上述功能提供了手动测试、自动测试及仿真测试3种测试模式，能较准确、全面地完成人工测试难以完成的测试任务，提高了测试效率，保证了产品质量。

1 测试系统的实现原理

风机主控测试系统的核心是自主开发的风机主控系统测试软件，通过该软件与风机主控系统进行通信，把风机运行的各类参数写入风机主控系统，同时实时回读风机主控系统下发的控制命令和各项调节参数，形成一个闭环测试系统。在测试系统中预置了各种逻辑，通过闭环测试进行比对，给出测试的结果。

FJK－500 MW级风机主控系统采用BECKHOFF公司的可编程控制器(PLC)进行采集控制，测试软件依据BECKHOF公司提供的ADS协议，通过工业以太网与FJK－500 MW级风机主控系统进行通信互联，同时通过以太网FJK－500 MW级风机主控系统可以方便地与风场监控进行通信。测试系统的总体构成如图1所示。

图1 测试系统示意图

2 测试系统的设计

以测试风机主控系统的控制流程为核心，考虑对风机主控系统测试的通用性和扩展性，编制了风机主控测试系统的软件部分，其软件模块示意如图2所示。它运行于Windows 2000/XP平台下，主要由协议处理模块、控制逻辑定制模块、数据处理模块、统计输出模块和人机界面组成。

2.1 协议处理模块

图2 软件模块示意图

目前，该协议处理模块主要负责处理ADS协议，包括通信链接、数据读写、数据上送和下发的优先级处理等功能。为适应以后测试的需要，可根据需要扩充不同的协议处理，当增加或修改规约时，不要求修改别的核心进程，只需要修改协议处理模块就可以。ADS协议的帧数据格式如图3所示。

图3 ADS协议帧数据格式

AMS/TCP Header:长度为6 B，记录数据包整体的长度。

AMS Header:长度为32B，包含了发送方和接收方的地址、AMS错误代码、ADS命令ID和一些其他信息。

ADS Data:主要有单个ADS命令的参数、依赖ADS命令数据组结构和不带数据的有些ADS命令3种形式。

2.2 控制逻辑定制模块

根据风电的行业标准、国家标准、FJK－500 MW级风机主控系统的企业标准和说明书制订详细的控制逻辑。控制逻辑涵盖运行控制、偏航与解缆控制、桨距控制、功率控制、停机控制、温度控制、故障判定与处理、所处状态判定与处理、通信处理、看门狗检测等主控系统的主要功能。控制逻辑包括对当前运行参数、运行状态等进行综合判断，制订出主控系统不同情况下控制策略的逻辑，可根据要求进行存储、修改、删除等相应的控制逻辑操作，从而满足测试的不同需要。

2.3 数据处理模块

数据处理模块是整个软件系统的核心模块。在接收到人机界面选择的测试模式并启动后，根据输入的测试用例和参数配置文件，通过协议处理模块读取主控系统相应的状态;进行综合处理后，再通过协议处理模块下发测试用例中设定的各项参数到主控系统中;最后把测试需要考察的几个测试点的信息通过协议处理模块进行回读并存储，与控制逻辑定制模块中相应的控制逻辑进行比对，把测试结果输出到统计输出模块和人机界面。测试流程图如图4所示。

图4 测试流程图

同时，为了便于执行回归测试和定制的测试，该模块还加入了对测试用例的管理功能。回归测试即把以前测试过程中用到的测试用例保存下来，在下一轮测试中把原来的测试用例运行一遍，以查证问题改正的情况。定制测试即把主要测试过程的测试用例保持下来，方便下次测试时进行调用。

2.4 其他模块

统计输出模块负责把测试中出现的异常情况进行统计，方便查找定位，同时把数据处理模块传送的测试结果传递给人机界面和打印机进行显示和打印。人机界面的主要任务是测试模式的选择，测试用例和参数配置文件的载入，测试的启停、运行参数显示、报文输出和测试结果的显示。

3 测试模式的应用

为了全面测试FJK－500 MW级风机主控系统，测试系统采用了3种测试模式:自动测试模式、手动测试模式和数据仿真测试模式。

3.1 自动测试模式

为了提高测试效率，风机主控系统的绝大部分控制流程都在自动测试模式下进行测试。在该模式下测试人员只需填写具体的测试用例及编写对应的测试控制逻辑，点击测试启动按钮，就能按照风机主控系统启动→运行→停止的流程，对风机主控系统的启动控制、偏航与解缆控制、桨距控制、功率控制、停机控制、温度控制、故障处理、所处状态判定与处理、通信处理、看门狗检测等做自动测试。可以根据测试的需要，选择单测试用例自动测试和全部自动测试2种模式。

3.2 手动测试模式

为了补充自动测试的不足，加入了手动测试模式，该模式主要是配合接地监控和风场监控下发的控制进行相应的监视与处理，同时也是处理异常情况下参数的手动设定和响应过程。在手动测试模式下，运行参数可以在线进行修改。

3.3 数据仿真测试模式

自动和手动测试模式下的测试。测试时间一般比较短，无法测试长时间情况下系统的稳定性。为了适应这种需要，在拷机测试情况下加入了数据仿真测试模式。在该模式下，运行参数在合适的范围内动态变化，并设想能导入实际风场运行时的参数，同时能把运行的参数按照存储的间隔记录下来，可以分为正常情况下参数和导致停机故障的参数进行考虑。

4 结束语

采用本文所提方案进行系统设计，利用PC机和网络设备就能构成一套闭环测试系统。软件设计采用模块化设计思路，扩展性强，功能全面。3种测试模式的应用，保证了测试的全面性。

本文设计的风机主控测试系统能够满足FJK－500 MW级风机主控系统的测试要求，测试过程方便、简单、高效、全面，不仅保证了测试质量而且提升了测试效率，其设计思想为其他厂家风机主控系统的测试提供了新的思路。

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