一种风电机组载荷评估的云平台设计与分析

2021-09-10袁野肖学成徐秉俊

交通科技与管理 2021年14期

袁野肖学成徐秉俊

摘要：现有的对风电机组载荷的测试只能通过专业的设备在特定的地点进行，这给风电组载荷工程师的设计研发带来了很大的困难。为使测试人员对风电机组载荷的测试能够方便快捷的进行，文章提出了一种风电机组载荷评估的云平台。与传统的通过致动盘理论进行评估风电机组载荷方法相比，该方案通过软件平台将测试风电机载荷复杂过程上传的云平台中通过混合云计算进行有效测试处理。该混合云计算能够合理分配并充分利用计算机和服务器的资源，使测试风电组机的载荷更加快速、高效、便捷，同时能够减少因为测试不准确使风电机组承载过重导致的风电机整机倒塌的风险。

关键词：风电机组;载荷;云平台;混合云计算

0 引言

随着科技的发展以及能源消耗问题的突出，新能源技术的发展日益提高。其中，作为主要的新能源技术之一——风力发电变得尤为重要，市场对风电机的需求越来越大，风电机设备厂家对风电机的研发投入也随之增大。市场为了确保所订购的设备安全可靠，对风电机性能提出了较高的要求，因此厂家就必须提高新产品的开发能力，而测试风电机组的带载性能就变得十分必要[1]。

最早的风电机组载荷采用的是制动盘理论进行评估，该评估方法可以大致获得小型风电机组的设计运行载荷，但偏差较大，导致机组设计余量较大。伴随着风电行业的发展，一些商业化软件被设计出来，这些软件在载荷计算上能够满足标准精度要求，但是在使用效率上却远远不能适用。因此各家整机企业，都开发了大量的辅助工具，提升前处理、后处理效率。由于标准不断更新，载荷软件版本也不断迭代，因此需要不断更新这些工具，由于标准定义的工况越来越精细化，工具在数据可视化，数据分析、任务管理等方面越来越不适用，在计算效率方面也越来越难于满足市场快速响应的需求。另一方面，对于大部件生产开发企业，例如叶片厂、塔筒厂，也存在大量的载荷仿真需求，但由于技术人员、模型保密等方面的限制，很多企业的仿真需求难以获得满足。

为解决以上问题，本文提出一种风电机组载荷评估云平台，将复杂、多样的风电机组载荷上传至云平台进行并行计算，以数字化平台来实现海量数据的管理和分析。

1 云平台组成设计

本文提出的对风电机组载荷估计的云平台是软硬件平台相结合组件而成，所需软件平台指可随时通过浏览器登录的操作平台，便于设计人员随时随地对风电机组载荷进行测试。所需硬件平台指生产公司内部的计算机以及服务器等用于计算的硬件设施，通过混合云计算合理分配所需的计算资源给计算机和服务器，以达到对载荷测试数据高效及时的处理[2]。

1.1 软件平台

1.1.1 软件平台总体架构方案

（1）平台采用BS架构，浏览器登陆，可跨平台部署，平台的计算性能可自由扩展。

（2）无需手工点击GH Blade/HAWC2软件配置参数，自动生成工况，前处理、后处理、数据提取与分析脱离GH Blade/HAWC2。

（3）随时随地在电脑端/手机端查看任务计算进度和任务信息，数据实现各部门之间协作共享，无需介质拷贝，结果数据可以永久保存，并可以自定义标签存储，便于后续查阅。

1.1.2 软件分层次设计方案

软件平台支持GH Bladed 和 HAWC2两款载荷计算软件在平台运行。软件平台具有三层功能结构层次，分别为：基础层、业务层和应用层，如图1所示。

（1）基础层主要实现文件管理、数据管理、web应用、计算调度功能。

（2）业务层主要实现风文件生成、工况生成、云计算、后处理、数据提取和报告自动化功能。

（3）应用层具备丰富的应用功能及应用功能的扩展性，包括认证评估、功率曲线计算、整机开发计算、现场安全评估、载荷数据管理、项目信息管理、数据可视化、存储优化等。

1.2 硬件平台

1.2.1 硬件平台配置方案

硬件平台主要包含三部分：访问端、防火墙、平台服务器，如图2所示。

（1）访问端主要为设计研发人员手中的用于监管测试风电机组载荷的可联网工具，一般为手机或者电脑。

（2）防火墙用于整个产品的安全保护，防止由于人員错误的操作导致的产品整体的崩溃以及外来人员恶意的攻击窃取本产品所测试的风电机组载荷的相关数据。

（3）平台服务器包括计算服务器、应用服务器、文件服务器、数据服务器和调度服务器，其用于风电机组载荷测试数据的计算处理分析。其中，计算服务器包括线下的计算集群和线上的云计算服务器。

2 云平台产品可行性分析

2.1 市场应用场景需求分析

对于风电机组载荷评估，一方面需要根据各个不同的机位点环境参数进行大量的仿真;另一方面，载荷评估需要和塔筒设计、基础设计紧密迭代，共享平台和数据，将大大减少迭代设计的时间，快速满足市场需求。这些难点，在风电行业各家整机企业普遍存在，能够解决这些难点的软件平台，必然能够获得市场的高度认可，获得广泛应用。本软件平台在市场应用方面，针对不同类型的用户，提供了以下的应用，满足不同市场应用场景的需求[3]。

（1）对于认证行业用户，可帮助其对风电机组的风况＼工况的生成、载荷的提取与处理、数据可视化、认证客户信息＼数据管理等。

（2）对于零部件＼整机开发类客户，可帮助其开展载荷云计算、整机载荷评估、整机功率曲线评估、特殊载荷评估等。

（3）对于风电场业主类客户，可帮助其开展风电机组安全评估、风电机场发电量＼单机出力评估等。

2.2 云平台产品优势

2.2.1 对云平台产品本身

云平台软件是以GH-Bladed和HAWC2做为计算核心可实现互补、互评，同时也具备线上云计算和线下集群计算的混合云计算能力，属于国内行业首家，具有行业领先性。通用化的载荷评估云平台软件，可以实现多个风电检测领域载荷评估业务的快速实施。

2.2.2 对同竞争产品

该云平台采用的是混合云计算的模式，该模式相对于公有云计算，在计算方式上更加灵活。一方面可以充分利用公司现有的计算机和服务器资源，另一方面在紧急计算需求条件下，可以快速配置公有云计算资源，满足紧急需求。该技术相比公有云技术难度更高，应用也更加灵活，成本更低。具有更好的竞争性。

该云平台，除了支持GH bladed应用外，对HAWC2也同样支持，包括生风、生工况、云计算、后处理和载荷提取，同时支持GH Bladed模型与HAWC2模型之间的转换。这样能够最大限度满足国际标准IECRE要求，在型式认证载荷评估方面具有广泛的应用前景。

在成本方面，该云平台采用成熟的应用框架作为软件的框架基础，采用开源软件和数据库，最大限度降低成本，把价值更多的留给客户。

3 总结

本产品采用云平台对风电机组载荷进行测试，通过云平台将风电机载荷上传到云端，即解决了由于风电机组所测试的载荷点较多而带来的数据较大的问题，又能通过云平台共享载荷数据大大减少迭代设计的时间。