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图1-4 GH SCADA风电场监控管理和数据采集系统软件界面
GH SCADA的“报告、分析和数据库”主要是实现生成报告、计算电能产量、趋势、数据库、电力曲线、气象数据和实用性计算等功能。GH SCADA的功能特色在于软件的操作具有完全独立性、可跟踪性和透明性,使用者可以指定需要查看、控制、记录和报告的内容;具有单个风机、电网和气象站的远程界面单元,保证数据的完整性;远程接口采用Web浏览器,无需复杂的软件设置;采用气象站界面单元进行独立风速测量和气象参数监控和分析。
1.2.5 GH T2MON—风机数据采集系统
GH T2MON 应用于风机的实际使用过程,是一个综合信号处理和数据采集系统。每个系统具有一个独立的多数据采集单元计算机基站(DAU′s),基站执行控制、数据处理和记录功能,并提供信号处理、模拟量过滤和A/D数模转换,以及进行传感器频率测量。它的主要功能特征主要表现在从安装到数据采集简单快速;模块化分布式数据采集单元;同步数据记录;操作简便;采用调制解调器进行所有功能的远程接入以及低成本的解决方案等。
1.2.6 AREVA T&D E2terrawind软件
由于在电力系统中应用了不连续的发电技术,对相关发电单位提出了新的挑战,包括精确风量预测、确保电力质量(电压和频率波动)、辅助服务和风电入网的成本和运行效果。AREVA T&D E2terrawind软件的目标用户是风电场开发和运行商、输配电单位、区域输电机构等单位,主要提供风电场设计规划,实时监控电场的电力并网和市场运行状况。软件集成了基于气象因素的发电预测、发电配额日程安排、发电监控、贸易市场
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界面,帮助风电场运行商获得最大的盈利。
E2terra wind软件可以与AREVA T&D公司开发的风能预测和其他功能软件兼容,以此评估风能对电力系统运行的影响。E2terracont rol是一个集成的、且较成熟的标准软件应用程序,为电力行业提供最新的实时数据采集和管理监控系统。E2terracont rol 采用开放式的结构和分层软件设计,并可运行多种面向。
风力技术的软件模型,同时它可作为一个软件平台,支持其它应用程序的运行。例如E2terracon2t rol是数据处理网关(DPG) 的基础平台,用于在风电场和公用事业并网控制中心能源管理系统(EMS)间进行数据传输。E2terrasimulator软件提供电力系统实时模拟运行和能源管理系统的功能。支持风电场的运行影响和运行成本的研究,以及满足独立发电商、输配电公司等机构的培训和测试分析需求。提供多样化的系统实时运行仿真,例如自动发电控制、负载预测、效益分配、监控管理、电压控制等[5]。
1.2.7 风电场设计优化和风资源预测评估软件
Riso WAsP软件
丹麦Riso国家实验室研制的WAsP软件是目前国际认可的进行风电场发电量计算与风机最优化布置的通用软件。WAsP是风力气象预报、风力发电机和风电场产能预报的PC平台应用工具,是行业标准的风力评估软件[6]。它服务于风力气象和风力相关产业超过15 年,成为基于PC的风力资源评估软件的标准,可以在Windows 98、Me、NT4、2000and XP系统下工作,目前在100余个国家有超过1500的用户。目前WAsP最新版本为8.3。它的主要功能包括风资源数据分析,地图数字化与分析,风图谱生成,风气候评估,风机产量计算,风机微观选址,风电场产量计算,风电场效率计算和风资源地图绘制等。
ReSoft WindFarm软件
英国ReSoft公司推出的WindFarm软件主要用于分析、设计和优化风电场,可同时考虑地形和尾流效应来计算风电场电能产量;对风机进行产能最大化和成本最小化的设计,并使其符合自然条件、规划设计和工程建设的要求;具有先进的制图工具,还能进行风力流动计算、噪音计算和风速数据的测量相关联预测分析(MCP)。采用可视化工具创建集锦照片,包括图像动画、风电场电缆视图显示、阴影闪烁分析和创建视觉影响区域地图,如图1-5所示。WindFarm软件分为3个模块组:
(1) 设备模块
包括图形界面、数据转换、地图转化、网格和轮廓阅读器、风机工作室等。 (2) 优化和电量产出模块
包括优化设计、电量产出、风力流动、风力分析、噪音计算等。
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图1-5 ReSoft WindFarm设计软件界面
(3) 视觉化模块
包括集锦照片、视觉影响区域、阴影闪烁、动画图像、框线视图等。 Wind Farm软件的主要功能特色体现在以下几方面:
(1) 采用了先进的算法优化风电场,增加电量产出减少电量成本,满足了环境和自然条件要求。
(2) 将噪音模型作为优化条件。
(3) 结合风力流动模块和先进的尾流模型计算风电场电量产出。 (4) 采用测量相关联预测模块计算长期风速预测。 (5) 具有高性能制图能力,包括位图处理和数字化显示。
(6) 创建细致的视觉影响区域(ZVI) 图像,包括采用ZVI模块得出多个风电场的累积影响评估。
(7) 创建规划集锦照片,包括风机制图和动画图像。 (8) 显示风电场和地形的三维框线视图。
(9) 分析风电场可能对周边房屋产生的阴影闪烁影响。 (10) 采用“风机工作室”设定和创建风机数据和几何绘图。
(11) 采用数据转化模块简化数据输入等。ReSoft WindFarm软件已经应用于英国E. ONUK plc、西班牙Ecotecnia SCCL、加拿大Zephyr North等全球各大风电企业[7]。其它的风电场设计和风资源评估软件还有德国Hines Marine Services公司推出的
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Wind2Plot、加拿大Mistaya公司的Windographer风资源评估软件等。
1.2.8 仿真建模研究软件
仿真建模研究软件在当今各种工程项目评估中的应用非常广泛,尤其在建设和运行风电场的过程中起到极为重要的作用。不同的模拟仿真软件工具可对电力系统、电力转换、发电机、机械部件和风机空气动力学特性等各方面进行仿真模拟,而且在不同的时间和阶段采用不同的软件进行仿真建模[10],如图1-6所示。
[8][9]
图1-6 风电仿真建模软件功能分类
注:1) HAWC是丹麦Riso国家实验室研发的空气弹性仿真工具,计算风机结构的动态负载,主要应用于风力发电机空气动力学和机械部件研究。
2) DigSilent Power Factory是德国DIgSIL ENT Gm2bH公司推出的电力仿真软件,被广泛应用于风电行业的电力系统的发电、传输和风电场的模拟仿真,以及风机并网发电质量的分析。
3) Saber是电路和系统电力设计的仿真软件,包括电力、热能、磁力和机械组件部分的仿真。
4) Matlab/Simulink是一个广泛应用的建模开发工具,在建立模型后可与其他仿真工具结合使用。
1.3 毕业设计的工作
第一章：首先介绍了风力发电的历史以及现状包括国际上还有我国的发展情况，接着介绍现在世界上研究风力发电机的一些主要软件，其中包括我用到的Matlab/Simulink软件。
第二章：介绍了风力发电机的原理，结构、特性、以及风力发电机的种类。 第三章： 通过Matlab/Simulink对风力发电机进行研究和设计，通过Matlab/Simulink里的函数模块和风力发电机原理的计算公式推算出子模块，再进一步把子模块连接，得出风力发电机的仿真模型，并通过模块中的示波器得到的波形，与通过计算公式的计算结果验证设计的风力发电机仿真模型是正确的。根据风力发电机原理分析，了解到风力
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发电机输入的风速的大小是不断变化的，但输出的功率要保持在一个额定功率，因此可以通过设计一个外部控制器控制其他两个输入量的大小使风力发电机的输出保持在一个额定的功率，我搭建了一个外部控制器，并尝试对风力发电机的输出进行调试。
在做毕业设计的过程中经过查阅了相关风力发电的资料。了解了模拟风力发电的模拟仿真。学习了Matlab软件，包括：符号计算、数值数组及向量化运算、数值计算、Matlab/Simulink交互式仿真集成环境、Matlab/Simulink模型建立和仿真。通过风机仿真系统建模，包括建立风力发电机需要的模型，完善整个风力发电机的软件模型。
根据风力机的控制策略，只要保持风速和风力机的转速一一对应，此时，风力机的转换效率最高。在仿真过程中根据P*(风力机的最优输出功率)调节发电机的转速，使对于一特定的风速，风力机稳定运行在一恒定的转速，获得最大的风能转换效率。高于额定风速时，调节发电机的输出功率保持在额定功率值不变。高于风力发电机的额定转速时，通过桨距角的调节使发电机的输出功率保持恒定。
通过这个风机仿真系统，可以验证在不同工况控制软件流程的正确性、对控制软件算法进行定性分析。Matlab/Simulink和GH-Bladed是有接口的，通过Matlab/Simulink仿真系统做出的优化算法我可以放到更专业的风机仿真软件GH-Bladed中去仿真去调试。最后达到合理的风机控制策略和算法。根据风机仿真的研究来撰写毕业论文。