风电仿真软件的教学要求

摘 要

风电仿真软件是模拟生产一线现场，构建学习情境。学生采用角色扮演等形式，在学习的过程中，依据理论知识，通过仿真软件开展新思维、新方法、新应用等创造性的学习，教师做学习指导的引导者，学习过程的陪同者，学习结果评定的组织者。学生可以通过仿真软件与职业实践面对面，训练职业能力，培养职业素质。

【关键词】仿真软件；学习情境；职业能力

1 前言

风力发电专业是一个新发展起来的专业。通过本专业的学习，使学生系统的掌握定桨距风力发电机组、变桨距风力发电机组、变速风力发电机组的基本控制要求与控制策略。理解风力发电机组软并网技术的基本原理。理解各种风力发电机组，特别是变桨距风力发电机组和变速风力发电机组实现最佳功率控制的控制思想。了解风力发电机组智能控制的基本思想。同时可以培养企事业单位必须的基本技能人才，以满足企业要把岗位技能融入课程体系的人才培养要求，通过本专业的学习，使学生具有企业所需求的实用型基本技能人才，拓宽学生视野及知识面，满足用人单位需求，从而全面促进学生的就业工作。

2 风电仿真软件的功能

风轮机系统仿真模型提供风速、风向、轴功率、转速、变桨距角度、齿轮箱油位、油温、液压箱油位油温、制动刹车片温度等输入输出变量。模型中需要考虑风能特性的参数主要有风速、风向和风密度。风的密度主要取决于风机所处的地理位置，气候变化也会产生一定影响，对于特定风机而言，风密度可以直接取自测量数据。

发电机系统仿真模型提供输入机械功率、输出有功功率、无功功率、励磁控制、机端电压电流向量及频率、整流侧电压电流向量及频率、逆变侧电压电流向量及频率等输入输出变量。

外部电网的等值系统仿真模型提供并网点电压电流向量及频率、有功无功功率及电网其他参数等。

（1）风电场仿真模型应能实现各种运行方式下风电场的运行情况，提供全面的逼

真的仿真数据，包括：

a各种正常工况和故障工况，如正常的功率调节、对称电气故障、不对称电气故障、机械故障等。能实现风电场有功功率控制、无功功率和电压控制（包括有载调压、投切无功电源、调整风力机组无功输出等方式），满足系统对风电场输出有功、无功功率的容量和控制方面的要求，如调节速度和精度等应满足电力系统运行要求。

b能够对单台风力发电机组的调向、制动、功率控制等功能进行仿真、反应各种工况中发电机组元件的温升、压力等信息。

c 机组的自动开停机、手动开停机、远控、近控，自动或手动方式的并网、解列等。

（2）保护系统的仿真模型包括机械部分故障的仿真模型和电气部分故障的仿真模型，采用定值模型对电气部分的故障进行保护的仿真，以准确反应各种故障后保护的动作过程和结果。

（3）风力发电机组模型部分必须包含以下子系统：

a.包含金属温度、振动、受力变形等参数计算的设备本体模型；

b.偏航控制等辅助控制系统模型；

c.风力机机械能计算应考虑尾流效应；

d.各种辅助系统模型，如润滑油系统、冷却系统等；

e.变压器及厂用电系统模型

（4）监控系统

采用基于人机界面的动态人机界面技术、动态图符技术、动态菜单技术等，实现风力发电厂一次设备三维交互式虚拟场景系统，实现风电场设备的三维重现。

风电场仿真监控系统的主要功能包括：正常操作、设备巡视、事故和异常的模拟、培训指导和辅助培训等功能。例如：正常的有功、无功功率的调节、开停机、倒闸操作等功能；紧急控制；低压穿越；有功恢复；及动态无功的支撑等工况的仿真等。主要有如下仿真：

（1）人机界面模拟功能

风电系统的监控仿真向导采用了中间件技术和程序自动化技术，可以快速创建与实际监控系统人机界面功能、外观以及操作过程等完全一致的仿真界面，为学员提供一个具有很强真实性的虚拟监控环境，对培训学员系统监视和操作处理的能力具有极佳的效果。

（2）窗口管理功能

用户画面在人机系统的统一管理下可以显示在指定或用户选择的窗口中，系统支持多屏幕多窗口显示。仿真界面管理着多个子窗口，窗口系统可以响应用户输入的鼠标事件和键盘事件。

（3）画面管理功能

能够显示系统中的全部画面，包括主接线图、负荷、电压、电流、有功、无功、COSФ、棒图、软压板、集中光字牌、信号、趋势曲线、报表画面等。

在综合自动化仿真系统中，用户对画面的调用受到两方面的限制：1）用户只能够列出和调用与被监控有关的画面，其它画面用户不可见，这极大地提高了用户操作的速度。2）用户调用画面还受到权限的限制，用户不能调用和察看没有权限访问的画面，防止学员干扰仿真系统的运行或考试作弊。

（4）报警管理功能

为被监控风机产生相关告警信息和事件顺序记录SOE，通过告警窗、语音告警、故障推画面等告警提示手段，通知学员监控系统或监控对象已经出现了异常，需要立即处理；为了方便学员对报警的处理，报警信息按其严重程度可以分为多级，通过不同的颜色来区别；另外，还提供报警存储、显示、复归、查询等操作工具，防止事故处理出现遗漏。

（5）操作过程仿真

提供与实际监控界面一致的操作工具和手段，模拟各种操作，包括遥控、遥调、封锁、投/切软压板、复归信号、置/删标志牌等，操作过程与真实系统上的操作完全一致。

（6）系统主控条仿真功能

显示系统时间、安全天数、工作站编号、用户名称、主备机、系统频率等。提供调用主画面、数据库界面、数据库检索等工具的快捷方式。

（7）运行记录及统计

变电运行人员的日常工作包括定时手抄或自动打印运行表单、利用计算机或人工填写各种记录、日志、生成各种统计报表等，仿真系统对一些重要的数据和事件进行了记录和统计。

3 结论

现代化标志之一是自动化程度提高，实现生产设备智能化，代替人力，部分代替人脑，技术工人内涵有了较大变化，在生产过程中更多地管理生产的一部分或整个，要求有更多的综合处理能力，这就要求学生在毕业时就要掌握风电机组的整体运行过程，用仿真软件可以使学生在学校就能达到和现场一样的工作环境，达到理实一体化的教学效果。

参考文献

[1]2014年风电产业监测情况[Z].国家能源局，2015（02）.

[2]陈铁华，燕振元.风电行业人才需求分析及培养模式探讨[J].长春工程院学报（社会科学版），2013（03）.

作者简介

韩俊峰，男，现为内蒙古自治区包头市人。硕士研究生学历。现为包头职业技术学院讲师。主要研究方向为风力发电。

作者单位

包头职业技术学院 内蒙古自治区包头市 014030