基于Bladed和.NET平臺的風力發電機組參數調整設計

林淑，蘭杰，宋聚眾，羅靜，方程

(東方電氣風電有限公司，四川德陽，618000)

基于Bladed和.NET平臺的風力發電機組參數調整設計

林淑，蘭杰，宋聚眾，羅靜，方程

(東方電氣風電有限公司，四川德陽，618000)

文章針對風力發電機組載荷計算的重要性及控制算法的復雜性，提出了基于Bladed和.NET平臺的風力發電機組參數調整設計方法。通過修改源控制算法，將控制算法從普通平臺編譯成.NET平臺，并在源程序中增加了多線程控制部分源代碼，編寫了能進行在線修改運行參數的窗口軟件，在仿真過程中與源程序進行結合控制。文章以FD82型風力發電機組設計為例，結果表明在仿真過程中能夠在線動態修正相關運行參數，不用重復修改源程序，減小了控制器設計過程的工作量，能夠仿真修改參數后的動態過程，使仿真更接近現場情況。仿真過程操作簡單，易于實現。

Bladed，.NET平臺，載荷計算，參數調整

0 引言

風能是地球表面大量空氣流動所產生的動能。風力發電機實現了風能向電能的轉變，由風力發電所獲得的能量是一種可再生型清潔能源，已受到越來越多的國家和地區的重視[1-2]。 過去幾十年中最常見的風能利用方式是通過裝有風輪的風力機捕獲風能進行發電，風力發電產業增長迅猛。中國風能資源豐富，開發潛力巨大，必將成為我國能源結構中一個重要的組成部分[3-5]，也能有效緩解國家可持續發展過程中面臨的能源、資源、環境之間的矛盾[1]。因此，保證運行的可靠性和安全性、提高風力機發電的品質和效率、降低機組關鍵部位的載荷、延長風力發電機組的壽命是風力發電控制系統的基本目標。但在載荷計算過程中，風力發電機廠商需要通過建立風力發電機組模型并設計合適控制算法，用以進行載荷計算，以便后續工作的進行。如果機組關鍵部位的載荷計算結果不合理，就需要修改該模型的某些參數或重新計算外部條件，也可能需要通過修改控制算法參數或運行參數，來對比在不同運行參數或控制算法參數下的載荷計算結果。其控制器的設計和載荷計算過程相當繁瑣，工作量大。本文針對此情況，以Bladed和.NET為平臺，提出了風力發電機組參數控制的設計方法，減少了控制器設計過程的工作量，能夠仿真修改參數后的動態過程，使仿真更接近現場情況，仿真過程操作簡單，易于實現，也使載荷計算更加具有實用性。

1 仿真計算流程分析

Bladed是英國GH（Grarrad Hassan）公司開發的針對風力發電機組領域進行載荷計算的軟件[6-7]，通過了德國勞埃德船級社 （GL）認證，被全球各大風力發電機組廠商應用與載荷計算，其計算結果也被中國船級社和鑒衡認證機構所認可。但Bladed僅僅提供了風力發電機組的模型，需要風力發電機組廠商自己設計控制器算法，生成相應的動態鏈接庫DLL（Dynamic Link Library），按照Bladed軟件提供的接口函數，來控制風力發電機的運行。

圖1 載荷計算流程

從圖中可以看出，在控制設計完成后，要通過仿真計算來驗證控制算法參數是否設置合理。但是在現場的調試過程中，很可能會有一些非正常運行情況，例如：

（1）進行限功率或限轉速運行；

（2）屏蔽或開啟某項功能；

（3）低電壓穿越LVRT（Low Voltage Ride Through）等。

如果控制算法里面的參數固化，那么當要進行上述情況的仿真時，會出現如下3個問題：

（1）需要修改源程序的參數，重新編譯生成新的DLL，然后再重新計算，計算流程比較繁瑣，例如要在不同限功率點和不同轉速進行測試，測試組合越多，重新編譯的次數也就越多；

（2）不能在計算過程中動態修改參數，且每次需要在設定好的工作點進行重新計算，不能仿真參數修改后的動態變化過程，但是現場實際情況是在運行過程中動態修改運行參數；

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）實際風速和風向是隨機變化的，如果要在正常湍流情況下進行LVRT仿真，則需要能在合適的時間點手動觸發LVRT，這也需要能夠動態設置觸發點。

綜上所述，希望能夠在原有控制算法基礎上，增加動態修改控制器部分運行參數的功能，該功能應該具有以下幾個特點：

（1）不影響載荷計算的原有功能；

（2）不降低載荷計算的運算速度；

（3）操作簡單；

（4）易于進行進一步擴展。

2 .NET平臺特點

.NET平臺[8-9]是微軟公司推出的新一代軟件開發平臺，其主要特點是運行于.NET框架下，各種編程語言只要支持.NET編譯器，就可以和其他類型.NET編程語言之間相互調用，因此，可以選擇編程人員熟悉的任何一種.NET支持的語言進行程序開發，而最終的運行結果并不會有任何差別。

基于增加參數調整設計控制器的功能，本文采用了基于windows窗口風格的操作方法，這樣，只要熟悉windows平臺的人員，就可以直接盡心操作而無需進行過多相關軟件說明，相關軟件界面控制框圖如圖2所示。

這樣可以采用DLL的形式生成所需的新窗口軟件，只要保持窗口軟件接口不發生改變，可以在不改變算法的情況下，單獨修改相應的窗口軟件。

由于C#在開發.NET平臺下的視窗軟件具有原生的.NET特性，因此盡可能采用C#語言來開發視窗軟件部分功能。但是Bladed只提供了C/ C++或Fortran語言的接口，而且現有的算法軟件也是采用C/C++語言編寫的，為了減小工作量，實現C/C++和C#2種語言的無縫鏈接，可以考慮把算法源程序編譯成基于.NET平臺的托管C++代碼，這樣就可以直接調用C#編寫的DLL，從而實現了無縫鏈接，減小了工作量，提高了軟件開發效率。

綜上所述，整個軟件的組成結構框圖如圖2所示。

圖2 軟件構成框圖

3 參數調整設計開發流程

基于圖2所示的軟件修改流程，即可以開始具體的參數設計開發流程，通過對其編程很快實現了操作簡單和易于擴展的功能，但是對于載荷計算的運算速度和其原有功能仍需要解決。

因為本文開發的是基于windows平臺下的窗口軟件，因此具有windows操作系統的消息驅動模式的特點，而原有算法程序是按照面向過程的編程思想編寫的，如果直接在原有算法軟件中加入相應的窗口軟件調用程序，會由于一直響應窗口函數而把載荷計算流程阻塞，因此考慮另外開辟一個線程，來專門運行窗口函數，在沒有窗口消息響應時，該線程交出控制權，從而不會影響主線程載荷計算流程。

基于上述思想，對圖2進一步修改，形成的最終參數調整設計軟件構成框圖如圖3所示。

圖3 參數調整設計軟件構成框圖

4 仿真結果

本文以FD82型風力發電機組設計為例，基于圖3所示結構框圖，編寫響應代碼，可以得到如圖4所示的基本運行參數控制界面及圖5所示的低電壓穿越界面。

圖4 基本運行參數修改界面

從圖4可以得出：在仿真過程中能夠在線動態修正相關運行參數，不用重復修改源程序，減小了控制器設計過程的工作量，能夠仿真修改參數后的動態過程，使仿真更接近現場情況。

低電壓穿越測界面如圖5所示。

圖5 低電壓穿越測試界面

從圖5可以得出：針對低電壓穿越過程，此控制界面能夠動態設置觸發點，能夠在正常湍流情況下進行LVRT仿真。

同時就仿真計算來驗證控制算法參數是否設置合理，本文結合現場可能遇到的非正常運行情況，測試了在湍流風情況下進行限功率運行的運行結果，計算結果如圖6所示。

圖6 湍流風限功率運行動態過程

從圖6可以看出，所設計的參數調整方法是合理的，且操作過程簡單，易于實現，也使載荷計算更加具有實用性。

5 結論

針對風力發電機組載荷計算的重要性及控制算法的復雜性，本文以Bladed和.NET為平臺，提出了風力發電機組參數調整控制設計方法，修改源控制算法，將控制算法從普通平臺編譯到.NET平臺，并在源程序中增加了多線程控制部分源代碼，編寫了能進行在線修改運行參數的窗口軟件，在仿真過程中與源程序進行結合控制。結果表明在仿真過程中能夠在線動態修正相關運行參數，不用重復修改源程序，減小了控制器設計過程的工作量，能夠仿真修改參數后的動態過程，使仿真更接近現場情況，仿真過程操作簡單，易于實現，也使載荷計算更加具有實用性。

[1]陳貞,倪維斗,李政.風電特性的初步研究[J].太陽能學報, 2011,32（2）:210-215

[2]李俊峰,施鵬飛,高虎,等.中國風電發展報告2010[M].北京:中國環境科學出版社,2010

[3]楊秀媛,梁貴書.風力發電的發展及市場前景[J].電網技術,2003,27(7):78-79

[4]劉定邦.大型風力發電機組的模糊控制研究[D].重慶:重慶大學,2007

[5]林成武.變速恒頻雙饋風力發電機勵磁控制技術研究[D].沈陽:沈陽工業大學,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,劉元婷..NET平臺與C#面向對象程序設計[M].北京:電子工業出版社,2010

[9]嚴月浩.基于.NET平臺的web開發[M].北京:北京大學出版社,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

項 目:四川省科技支撐計劃項目資助項目 （2014GZ0084）

林淑 (1986-)，女，工學碩士，2012年畢業于沈陽工業大學控制理論與控制工程專業，現從事風電控制設計工作。