基于Bladed和.NET平台的风力发电机组参数调整设计

林淑，兰杰，宋聚众，罗静，方程

(东方电气风电有限公司，四川德阳，618000)

基于Bladed和.NET平台的风力发电机组参数调整设计

林淑，兰杰，宋聚众，罗静，方程

(东方电气风电有限公司，四川德阳，618000)

文章针对风力发电机组载荷计算的重要性及控制算法的复杂性，提出了基于Bladed和.NET平台的风力发电机组参数调整设计方法。通过修改源控制算法，将控制算法从普通平台编译成.NET平台，并在源程序中增加了多线程控制部分源代码，编写了能进行在线修改运行参数的窗口软件，在仿真过程中与源程序进行结合控制。文章以FD82型风力发电机组设计为例，结果表明在仿真过程中能够在线动态修正相关运行参数，不用重复修改源程序，减小了控制器设计过程的工作量，能够仿真修改参数后的动态过程，使仿真更接近现场情况。仿真过程操作简单，易于实现。

Bladed，.NET平台，载荷计算，参数调整

0 引言

风能是地球表面大量空气流动所产生的动能。风力发电机实现了风能向电能的转变，由风力发电所获得的能量是一种可再生型清洁能源，已受到越来越多的国家和地区的重视[1-2]。 过去几十年中最常见的风能利用方式是通过装有风轮的风力机捕获风能进行发电，风力发电产业增长迅猛。中国风能资源丰富，开发潜力巨大，必将成为我国能源结构中一个重要的组成部分[3-5]，也能有效缓解国家可持续发展过程中面临的能源、资源、环境之间的矛盾[1]。因此，保证运行的可靠性和安全性、提高风力机发电的品质和效率、降低机组关键部位的载荷、延长风力发电机组的寿命是风力发电控制系统的基本目标。但在载荷计算过程中，风力发电机厂商需要通过建立风力发电机组模型并设计合适控制算法，用以进行载荷计算，以便后续工作的进行。如果机组关键部位的载荷计算结果不合理，就需要修改该模型的某些参数或重新计算外部条件，也可能需要通过修改控制算法参数或运行参数，来对比在不同运行参数或控制算法参数下的载荷计算结果。其控制器的设计和载荷计算过程相当繁琐，工作量大。本文针对此情况，以Bladed和.NET为平台，提出了风力发电机组参数控制的设计方法，减少了控制器设计过程的工作量，能够仿真修改参数后的动态过程，使仿真更接近现场情况，仿真过程操作简单，易于实现，也使载荷计算更加具有实用性。

1 仿真计算流程分析

Bladed是英国GH（Grarrad Hassan）公司开发的针对风力发电机组领域进行载荷计算的软件[6-7]，通过了德国劳埃德船级社 （GL）认证，被全球各大风力发电机组厂商应用与载荷计算，其计算结果也被中国船级社和鉴衡认证机构所认可。但Bladed仅仅提供了风力发电机组的模型，需要风力发电机组厂商自己设计控制器算法，生成相应的动态链接库DLL（Dynamic Link Library），按照Bladed软件提供的接口函数，来控制风力发电机的运行。

图1 载荷计算流程

从图中可以看出，在控制设计完成后，要通过仿真计算来验证控制算法参数是否设置合理。但是在现场的调试过程中，很可能会有一些非正常运行情况，例如：

（1）进行限功率或限转速运行；

（2）屏蔽或开启某项功能；

（3）低电压穿越LVRT（Low Voltage Ride Through）等。

如果控制算法里面的参数固化，那么当要进行上述情况的仿真时，会出现如下3个问题：

（1）需要修改源程序的参数，重新编译生成新的DLL，然后再重新计算，计算流程比较繁琐，例如要在不同限功率点和不同转速进行测试，测试组合越多，重新编译的次数也就越多；

（2）不能在计算过程中动态修改参数，且每次需要在设定好的工作点进行重新计算，不能仿真参数修改后的动态变化过程，但是现场实际情况是在运行过程中动态修改运行参数；

The mobility pre-factor μd0 is much larger in x ranges where a cubic window function is valid, i.e. in a very small neighborhood of x = 1. Hence, we take as a representative value, the average of those values valid in the largest ranges of x, i.e. those obtained from the quadratic window functions:

（3）实际风速和风向是随机变化的，如果要在正常湍流情况下进行LVRT仿真，则需要能在合适的时间点手动触发LVRT，这也需要能够动态设置触发点。

综上所述，希望能够在原有控制算法基础上，增加动态修改控制器部分运行参数的功能，该功能应该具有以下几个特点：

（1）不影响载荷计算的原有功能；

（2）不降低载荷计算的运算速度；

（3）操作简单；

（4）易于进行进一步扩展。

2 .NET平台特点

.NET平台[8-9]是微软公司推出的新一代软件开发平台，其主要特点是运行于.NET框架下，各种编程语言只要支持.NET编译器，就可以和其他类型.NET编程语言之间相互调用，因此，可以选择编程人员熟悉的任何一种.NET支持的语言进行程序开发，而最终的运行结果并不会有任何差别。

基于增加参数调整设计控制器的功能，本文采用了基于windows窗口风格的操作方法，这样，只要熟悉windows平台的人员，就可以直接尽心操作而无需进行过多相关软件说明，相关软件界面控制框图如图2所示。

这样可以采用DLL的形式生成所需的新窗口软件，只要保持窗口软件接口不发生改变，可以在不改变算法的情况下，单独修改相应的窗口软件。

由于C#在开发.NET平台下的视窗软件具有原生的.NET特性，因此尽可能采用C#语言来开发视窗软件部分功能。但是Bladed只提供了C/ C++或Fortran语言的接口，而且现有的算法软件也是采用C/C++语言编写的，为了减小工作量，实现C/C++和C#2种语言的无缝链接，可以考虑把算法源程序编译成基于.NET平台的托管C++代码，这样就可以直接调用C#编写的DLL，从而实现了无缝链接，减小了工作量，提高了软件开发效率。

综上所述，整个软件的组成结构框图如图2所示。

图2 软件构成框图

3 参数调整设计开发流程

基于图2所示的软件修改流程，即可以开始具体的参数设计开发流程，通过对其编程很快实现了操作简单和易于扩展的功能，但是对于载荷计算的运算速度和其原有功能仍需要解决。

因为本文开发的是基于windows平台下的窗口软件，因此具有windows操作系统的消息驱动模式的特点，而原有算法程序是按照面向过程的编程思想编写的，如果直接在原有算法软件中加入相应的窗口软件调用程序，会由于一直响应窗口函数而把载荷计算流程阻塞，因此考虑另外开辟一个线程，来专门运行窗口函数，在没有窗口消息响应时，该线程交出控制权，从而不会影响主线程载荷计算流程。

基于上述思想，对图2进一步修改，形成的最终参数调整设计软件构成框图如图3所示。

图3 参数调整设计软件构成框图

4 仿真结果

本文以FD82型风力发电机组设计为例，基于图3所示结构框图，编写响应代码，可以得到如图4所示的基本运行参数控制界面及图5所示的低电压穿越界面。

图4 基本运行参数修改界面

从图4可以得出：在仿真过程中能够在线动态修正相关运行参数，不用重复修改源程序，减小了控制器设计过程的工作量，能够仿真修改参数后的动态过程，使仿真更接近现场情况。

低电压穿越测界面如图5所示。

图5 低电压穿越测试界面

从图5可以得出：针对低电压穿越过程，此控制界面能够动态设置触发点，能够在正常湍流情况下进行LVRT仿真。

同时就仿真计算来验证控制算法参数是否设置合理，本文结合现场可能遇到的非正常运行情况，测试了在湍流风情况下进行限功率运行的运行结果，计算结果如图6所示。

图6 湍流风限功率运行动态过程

从图6可以看出，所设计的参数调整方法是合理的，且操作过程简单，易于实现，也使载荷计算更加具有实用性。

5 结论

针对风力发电机组载荷计算的重要性及控制算法的复杂性，本文以Bladed和.NET为平台，提出了风力发电机组参数调整控制设计方法，修改源控制算法，将控制算法从普通平台编译到.NET平台，并在源程序中增加了多线程控制部分源代码，编写了能进行在线修改运行参数的窗口软件，在仿真过程中与源程序进行结合控制。结果表明在仿真过程中能够在线动态修正相关运行参数，不用重复修改源程序，减小了控制器设计过程的工作量，能够仿真修改参数后的动态过程，使仿真更接近现场情况，仿真过程操作简单，易于实现，也使载荷计算更加具有实用性。

[1]陈贞,倪维斗,李政.风电特性的初步研究[J].太阳能学报, 2011,32（2）:210-215

[2]李俊峰,施鹏飞,高虎,等.中国风电发展报告2010[M].北京:中国环境科学出版社,2010

[3]杨秀媛,梁贵书.风力发电的发展及市场前景[J].电网技术,2003,27(7):78-79

[4]刘定邦.大型风力发电机组的模糊控制研究[D].重庆:重庆大学,2007

[5]林成武.变速恒频双馈风力发电机励磁控制技术研究[D].沈阳:沈阳工业大学,2004

[6]Bossanyi E A.GH bladed theory manual[R].Bristol:Garrad Hassan and Partners Limited,2008

[7]Bossanyi E A.GH bladed user manual[R].Bristol:Garrad Hassan and Partners Limited,2009

[8]周羽明,刘元婷..NET平台与C#面向对象程序设计[M].北京:电子工业出版社,2010

[9]严月浩.基于.NET平台的web开发[M].北京:北京大学出版社,2011

Design of Wind Turbine Parameter Adjustment Based on Bladed and.NET Platform

Lin Shu，Lan Jie，Song Juzhong，Luo Jing，Fang Cheng

（Dongfang Electric Wind Power Co.,Ltd.,Deyang Sichuan,618000）

This paper aims to study the importance of wind turbine load calculation and the complexity of the control algorithm,the design method of wind turbine parameter adjustment based on Bladed and.NET platform is presented.By modifying the source control algorithm,it can be easy to compile from the common platform to.NET platform and increase the multi-threaded control section in the source program source code,then compile the window software that can online run to modify parameters and in the process of the simulation combined with the source program to control.Taking FD82 wind turbine as an example,the result shows that it can dynamically correct related operation parameters online in the process of simulation,doesn't repeat modify source program,reduces the workload of the controller design process,simulates the dynamic process after modifying the parameter,makes the simulation more close to the field condition.The operation for the simulation process is simple and easy to implement.

Bladed,.NET platform,load calculation,parameter adjustment

TP311

A

1674-9987（2015）03-0029-04

10.13808/j.cnki.issn1674-9987.2015.03.008

项 目:四川省科技支撑计划项目资助项目 （2014GZ0084）

林淑 (1986-)，女，工学硕士，2012年毕业于沈阳工业大学控制理论与控制工程专业，现从事风电控制设计工作。