一種風電機組載荷評估的云平臺設計與分析

袁野 肖學成 徐秉俊

摘 要：現有的對風電機組載荷的測試只能通過專業的設備在特定的地點進行，這給風電組載荷工程師的設計研發帶來了很大的困難。為使測試人員對風電機組載荷的測試能夠方便快捷的進行，文章提出了一種風電機組載荷評估的云平臺。與傳統的通過致動盤理論進行評估風電機組載荷方法相比，該方案通過軟件平臺將測試風電機載荷復雜過程上傳的云平臺中通過混合云計算進行有效測試處理。該混合云計算能夠合理分配并充分利用計算機和服務器的資源，使測試風電組機的載荷更加快速、高效、便捷，同時能夠減少因為測試不準確使風電機組承載過重導致的風電機整機倒塌的風險。

關鍵詞：風電機組;載荷;云平臺;混合云計算

0 引言

隨著科技的發展以及能源消耗問題的突出，新能源技術的發展日益提高。其中，作為主要的新能源技術之一——風力發電變得尤為重要，市場對風電機的需求越來越大，風電機設備廠家對風電機的研發投入也隨之增大。市場為了確保所訂購的設備安全可靠，對風電機性能提出了較高的要求，因此廠家就必須提高新產品的開發能力，而測試風電機組的帶載性能就變得十分必要[1]。

最早的風電機組載荷采用的是制動盤理論進行評估，該評估方法可以大致獲得小型風電機組的設計運行載荷，但偏差較大，導致機組設計余量較大。伴隨著風電行業的發展，一些商業化軟件被設計出來，這些軟件在載荷計算上能夠滿足標準精度要求，但是在使用效率上卻遠遠不能適用。因此各家整機企業，都開發了大量的輔助工具，提升前處理、后處理效率。由于標準不斷更新，載荷軟件版本也不斷迭代，因此需要不斷更新這些工具，由于標準定義的工況越來越精細化，工具在數據可視化，數據分析、任務管理等方面越來越不適用，在計算效率方面也越來越難于滿足市場快速響應的需求。另一方面，對于大部件生產開發企業，例如葉片廠、塔筒廠，也存在大量的載荷仿真需求，但由于技術人員、模型保密等方面的限制，很多企業的仿真需求難以獲得滿足。

為解決以上問題，本文提出一種風電機組載荷評估云平臺，將復雜、多樣的風電機組載荷上傳至云平臺進行并行計算，以數字化平臺來實現海量數據的管理和分析。

1 云平臺組成設計

本文提出的對風電機組載荷估計的云平臺是軟硬件平臺相結合組件而成，所需軟件平臺指可隨時通過瀏覽器登錄的操作平臺，便于設計人員隨時隨地對風電機組載荷進行測試。所需硬件平臺指生產公司內部的計算機以及服務器等用于計算的硬件設施，通過混合云計算合理分配所需的計算資源給計算機和服務器，以達到對載荷測試數據高效及時的處理[2]。

1.1 軟件平臺

1.1.1 軟件平臺總體架構方案

（1）平臺采用BS架構，瀏覽器登陸，可跨平臺部署，平臺的計算性能可自由擴展。

（2）無需手工點擊GH Blade/HAWC2軟件配置參數，自動生成工況，前處理、后處理、數據提取與分析脫離GH Blade/HAWC2。

（3）隨時隨地在電腦端/手機端查看任務計算進度和任務信息，數據實現各部門之間協作共享，無需介質拷貝，結果數據可以永久保存，并可以自定義標簽存儲，便于后續查閱。

1.1.2 軟件分層次設計方案

軟件平臺支持GH Bladed 和 HAWC2兩款載荷計算軟件在平臺運行。軟件平臺具有三層功能結構層次，分別為：基礎層、業務層和應用層，如圖1所示。

（1）基礎層主要實現文件管理、數據管理、web應用、計算調度功能。

（2）業務層主要實現風文件生成、工況生成、云計算、后處理、數據提取和報告自動化功能。

（3）應用層具備豐富的應用功能及應用功能的擴展性，包括認證評估、功率曲線計算、整機開發計算、現場安全評估、載荷數據管理、項目信息管理、數據可視化、存儲優化等。

1.2 硬件平臺

1.2.1 硬件平臺配置方案

硬件平臺主要包含三部分：訪問端、防火墻、平臺服務器，如圖2所示。

（1）訪問端主要為設計研發人員手中的用于監管測試風電機組載荷的可聯網工具，一般為手機或者電腦。

（2）防火墻用于整個產品的安全保護，防止由于人員錯誤的操作導致的產品整體的崩潰以及外來人員惡意的攻擊竊取本產品所測試的風電機組載荷的相關數據。

（3）平臺服務器包括計算服務器、應用服務器、文件服務器、數據服務器和調度服務器，其用于風電機組載荷測試數據的計算處理分析。其中，計算服務器包括線下的計算集群和線上的云計算服務器。

2 云平臺產品可行性分析

2.1 市場應用場景需求分析

對于風電機組載荷評估，一方面需要根據各個不同的機位點環境參數進行大量的仿真;另一方面，載荷評估需要和塔筒設計、基礎設計緊密迭代，共享平臺和數據，將大大減少迭代設計的時間，快速滿足市場需求。這些難點，在風電行業各家整機企業普遍存在，能夠解決這些難點的軟件平臺，必然能夠獲得市場的高度認可，獲得廣泛應用。本軟件平臺在市場應用方面，針對不同類型的用戶，提供了以下的應用，滿足不同市場應用場景的需求[3]。

（1）對于認證行業用戶，可幫助其對風電機組的風況＼工況的生成、載荷的提取與處理、數據可視化、認證客戶信息＼數據管理等。

（2）對于零部件＼整機開發類客戶，可幫助其開展載荷云計算、整機載荷評估、整機功率曲線評估、特殊載荷評估等。

（3）對于風電場業主類客戶，可幫助其開展風電機組安全評估、風電機場發電量＼單機出力評估等。

2.2 云平臺產品優勢

2.2.1 對云平臺產品本身

云平臺軟件是以GH-Bladed和HAWC2做為計算核心可實現互補、互評，同時也具備線上云計算和線下集群計算的混合云計算能力，屬于國內行業首家，具有行業領先性。通用化的載荷評估云平臺軟件，可以實現多個風電檢測領域載荷評估業務的快速實施。

2.2.2 對同競爭產品

該云平臺采用的是混合云計算的模式，該模式相對于公有云計算，在計算方式上更加靈活。一方面可以充分利用公司現有的計算機和服務器資源，另一方面在緊急計算需求條件下，可以快速配置公有云計算資源，滿足緊急需求。該技術相比公有云技術難度更高，應用也更加靈活，成本更低。具有更好的競爭性。

該云平臺，除了支持GH bladed應用外，對HAWC2也同樣支持，包括生風、生工況、云計算、后處理和載荷提取，同時支持GH Bladed模型與HAWC2模型之間的轉換。這樣能夠最大限度滿足國際標準IECRE要求，在型式認證載荷評估方面具有廣泛的應用前景。

在成本方面，該云平臺采用成熟的應用框架作為軟件的框架基礎，采用開源軟件和數據庫，最大限度降低成本，把價值更多的留給客戶。

3 總結

本產品采用云平臺對風電機組載荷進行測試，通過云平臺將風電機載荷上傳到云端，即解決了由于風電機組所測試的載荷點較多而帶來的數據較大的問題，又能通過云平臺共享載荷數據大大減少迭代設計的時間。

參考文獻：

[1]王鵬，史偉，宋忠民，等.一種風電機組帶載測試方案的研究與開發[J].電力工業，2021（3）：33-36.

[2]華廣勝，薛楊，陳迪.風電檢測行業調研報告[J].電力工業，2019（1）：5-8.

[3]黃玲玲，符楊，任浩瀚，等.基于狀態信息的風電機組維護研究綜述[J].電力工業，2020（7）：7065-7078.