風電仿真軟件的教學要求

摘 要

風電仿真軟件是模擬生產一線現場，構建學習情境。學生采用角色扮演等形式，在學習的過程中，依據理論知識，通過仿真軟件開展新思維、新方法、新應用等創造性的學習，教師做學習指導的引導者，學習過程的陪同者，學習結果評定的組織者。學生可以通過仿真軟件與職業實踐面對面，訓練職業能力，培養職業素質。

【關鍵詞】仿真軟件；學習情境；職業能力

1 前言

風力發電專業是一個新發展起來的專業。通過本專業的學習，使學生系統的掌握定槳距風力發電機組、變槳距風力發電機組、變速風力發電機組的基本控制要求與控制策略。理解風力發電機組軟并網技術的基本原理。理解各種風力發電機組，特別是變槳距風力發電機組和變速風力發電機組實現最佳功率控制的控制思想。了解風力發電機組智能控制的基本思想。同時可以培養企事業單位必須的基本技能人才，以滿足企業要把崗位技能融入課程體系的人才培養要求，通過本專業的學習，使學生具有企業所需求的實用型基本技能人才，拓寬學生視野及知識面，滿足用人單位需求，從而全面促進學生的就業工作。

2 風電仿真軟件的功能

風輪機系統仿真模型提供風速、風向、軸功率、轉速、變槳距角度、齒輪箱油位、油溫、液壓箱油位油溫、制動剎車片溫度等輸入輸出變量。模型中需要考慮風能特性的參數主要有風速、風向和風密度。風的密度主要取決于風機所處的地理位置，氣候變化也會產生一定影響，對于特定風機而言，風密度可以直接取自測量數據。

發電機系統仿真模型提供輸入機械功率、輸出有功功率、無功功率、勵磁控制、機端電壓電流向量及頻率、整流側電壓電流向量及頻率、逆變側電壓電流向量及頻率等輸入輸出變量。

外部電網的等值系統仿真模型提供并網點電壓電流向量及頻率、有功無功功率及電網其他參數等。

（1）風電場仿真模型應能實現各種運行方式下風電場的運行情況，提供全面的逼

真的仿真數據，包括：

a各種正常工況和故障工況，如正常的功率調節、對稱電氣故障、不對稱電氣故障、機械故障等。能實現風電場有功功率控制、無功功率和電壓控制（包括有載調壓、投切無功電源、調整風力機組無功輸出等方式），滿足系統對風電場輸出有功、無功功率的容量和控制方面的要求，如調節速度和精度等應滿足電力系統運行要求。

b能夠對單臺風力發電機組的調向、制動、功率控制等功能進行仿真、反應各種工況中發電機組元件的溫升、壓力等信息。

c 機組的自動開停機、手動開停機、遠控、近控，自動或手動方式的并網、解列等。

（2）保護系統的仿真模型包括機械部分故障的仿真模型和電氣部分故障的仿真模型，采用定值模型對電氣部分的故障進行保護的仿真，以準確反應各種故障后保護的動作過程和結果。

（3）風力發電機組模型部分必須包含以下子系統：

a.包含金屬溫度、振動、受力變形等參數計算的設備本體模型；

b.偏航控制等輔助控制系統模型；

c.風力機機械能計算應考慮尾流效應；

d.各種輔助系統模型，如潤滑油系統、冷卻系統等；

e.變壓器及廠用電系統模型

（4）監控系統

采用基于人機界面的動態人機界面技術、動態圖符技術、動態菜單技術等，實現風力發電廠一次設備三維交互式虛擬場景系統，實現風電場設備的三維重現。

風電場仿真監控系統的主要功能包括：正常操作、設備巡視、事故和異常的模擬、培訓指導和輔助培訓等功能。例如：正常的有功、無功功率的調節、開停機、倒閘操作等功能；緊急控制；低壓穿越；有功恢復；及動態無功的支撐等工況的仿真等。主要有如下仿真：

（1）人機界面模擬功能

風電系統的監控仿真向導采用了中間件技術和程序自動化技術，可以快速創建與實際監控系統人機界面功能、外觀以及操作過程等完全一致的仿真界面，為學員提供一個具有很強真實性的虛擬監控環境，對培訓學員系統監視和操作處理的能力具有極佳的效果。

（2）窗口管理功能

用戶畫面在人機系統的統一管理下可以顯示在指定或用戶選擇的窗口中，系統支持多屏幕多窗口顯示。仿真界面管理著多個子窗口，窗口系統可以響應用戶輸入的鼠標事件和鍵盤事件。

（3）畫面管理功能

能夠顯示系統中的全部畫面，包括主接線圖、負荷、電壓、電流、有功、無功、COSФ、棒圖、軟壓板、集中光字牌、信號、趨勢曲線、報表畫面等。

在綜合自動化仿真系統中，用戶對畫面的調用受到兩方面的限制：1）用戶只能夠列出和調用與被監控有關的畫面，其它畫面用戶不可見，這極大地提高了用戶操作的速度。2）用戶調用畫面還受到權限的限制，用戶不能調用和察看沒有權限訪問的畫面，防止學員干擾仿真系統的運行或考試作弊。

（4）報警管理功能

為被監控風機產生相關告警信息和事件順序記錄SOE，通過告警窗、語音告警、故障推畫面等告警提示手段，通知學員監控系統或監控對象已經出現了異常，需要立即處理；為了方便學員對報警的處理，報警信息按其嚴重程度可以分為多級，通過不同的顏色來區別；另外，還提供報警存儲、顯示、復歸、查詢等操作工具，防止事故處理出現遺漏。

（5）操作過程仿真

提供與實際監控界面一致的操作工具和手段，模擬各種操作，包括遙控、遙調、封鎖、投/切軟壓板、復歸信號、置/刪標志牌等，操作過程與真實系統上的操作完全一致。

（6）系統主控條仿真功能

顯示系統時間、安全天數、工作站編號、用戶名稱、主備機、系統頻率等。提供調用主畫面、數據庫界面、數據庫檢索等工具的快捷方式。

（7）運行記錄及統計

變電運行人員的日常工作包括定時手抄或自動打印運行表單、利用計算機或人工填寫各種記錄、日志、生成各種統計報表等，仿真系統對一些重要的數據和事件進行了記錄和統計。

3 結論

現代化標志之一是自動化程度提高，實現生產設備智能化，代替人力，部分代替人腦，技術工人內涵有了較大變化，在生產過程中更多地管理生產的一部分或整個，要求有更多的綜合處理能力，這就要求學生在畢業時就要掌握風電機組的整體運行過程，用仿真軟件可以使學生在學校就能達到和現場一樣的工作環境，達到理實一體化的教學效果。

參考文獻

[1]2014年風電產業監測情況[Z].國家能源局，2015（02）.

[2]陳鐵華，燕振元.風電行業人才需求分析及培養模式探討[J].長春工程院學報（社會科學版），2013（03）.

作者簡介

韓俊峰，男，現為內蒙古自治區包頭市人。碩士研究生學歷。現為包頭職業技術學院講師。主要研究方向為風力發電。

作者單位

包頭職業技術學院 內蒙古自治區包頭市 014030