风力发电机组仿真平台的建设

风力发电机组仿真平台的建设

3.建设方案

3.1 建设目标

风力发电机组仿真平台建设目标如下：

（1）构建以风电机组总体设计平台为核心的风力发电机组设计仿真系统，该系统贯穿风电机组参数选择、总体设计、详细设计整个过程，包括风力发电机组性能分析、载荷计算、结构强度分析模块。

（2）建立风力发电机组控制系统半物理仿真系统，在该系统中控制器及相关的机械结构为实物，而风力发电机组其他部件以及风场环境采用数学仿真代替。

（3）建立适用于我国气候和地形环境的风资源评估仿真系统。

（4）建立风力发电机组运行仿真系统。该系统包括风能特性仿真、风力发电机组仿真、风电场仿真、风电场接入电力系统仿真的功能。

基于上述仿真系统，结合具体风电场项目，实施风力发电系统仿真，发展我国风电行业仿真技术。

3.2 建设内容

3.2.1 风力发电机组设计仿真系统

（1）逻辑结构

风力发电机组设计仿真系统以风力发电机组总体设计软件平台为核心，该软件平台以完成方案的总体设计为目标，因此各项功能均围绕设计对象展开。系统内部逻辑结构如图所示，具体含义如下：

① 设计对象、设计状态与设计分析构成一个三元关联关系，设计分析针对设计对象每一个由设计状态所确定的设计点进行处理运算；

② 设计分析所依赖的手段既包括各种商业软件，也包括总体设计部门自主开发或引进的各种设计方法；

③ 在设计对象各种设计状态的设计分析的基础上，结合若干条件即可进行设计方案的优化，通过开发的专用接口可连接已有的外部优化框架软件方便的进行各系统设计优化；

④ 智能化设计支持可以在需要的时候为设计人员提供备选的建议以供参考，辅

助进行风力发动机组总体方案设计工作以及决策。

图43 软件平台系统逻辑结构

（2）系统框架

软件平台的系统框架如图所示。软件平台以底层数据库和资料库子系统为数据基础，通过开放式设计平台框架将总体方案设计、性能分析、综合优化以及专家辅助支持等功能有机集成，形成统一的面向风力发电机组总体方案的平台。

图44 软件平台系统框架

1 数据库子系统

数据库作为方案总体设计的基本信息支持构成了平台的底层基础，包括风模型库、翼型库、风电机组参数库、风电机组零部件库、材料特性库、风电机组方案实例库以及由标准、规范和手册资料所构成的知识库，数据库为风力发电机组方案设计提供所需的各种主要数据信息，并存储设计方案实例。方案实例库和知识库也是专家辅助支持系统的重要数据支撑。

作为数据支持的子系统，在设计过程中提供设计和分析所需要的各种数据模型和标准数据等。每个数据库都由后台服务器上存储的数据库系统、相应的客户端程序和数据接口三部分组成。数据库系统根据具体数据型式采用专用数据文件与商用数据库相结合的方式；客户端程序集成在平台框架中，提供图形化界面对数据库中的记录进行新建、编辑、删除、设定图片、指定几何模型等操作；数据接口则是针对平台中的相关功能模块进行有针对性的开发。

2 开放式设计平台框架

用于总体设计中的分析工具类软件数量多，难易程度各异，且很多时候由于各种因素，用户无法将其所独有的分析工具带出起工作场所进行集成，因此，平台必须要具备面向分析的开放性以适应不断增加的分析工具以及针对设计者现有资源配置情况进行的平台定制。另一方面，针对各专业的软件工具层出不穷，平台构建之初就必须考虑对这些新软件的兼容问题，固定的软件接口是不可行

的。基于功能开放性、集成化的要求，系统的架构与数据管理必须留出好的接口并提供有效的集成手段予以支持，采用灵活开放的集成工具才能从根本上实现新工具的即插即用功能。

开放式集成模块和数据任务流管理模块构成了开放式设计平台的基本框架。开放性功能是当前软件发展的趋势，提供与设计相关的建模、分析、仿真和优化等专业软件的接口，使得软件中可以尽可能利用现有软件的功能来丰富完善自身系统功能。开放式集成模块提供方便的文件解析及参数变量绑定等接口编辑功能，方便用户自行进行相关功能软件的集成工作。数据及任务流管理模块控制了从总体方案参数选择、建模、分析计算到分系统设计等整个总体设计过程中的数据管理和相关设计流程、任务管理。

3 总体方案设计子系统

总体方案设计子系统负责概念设计阶段的方案、总体参数选择和整个设计阶段的设计建模及结果图表显示等。其中定参数模块用于确定方案总体参数和各子系统参数，参数确定过程中提供知识库的辅助支持，并将总体参数与费用分析模块建立关联，通过成本费用的实时更新辅助总体参数决策。子系统设计任务制定模块则作为总体设计的输出部分，在总体方案的模型和分析计算数据的基础上，为用户提供撰写子系统设计任务的工具。方案设计建模模块则负责具体系统建模工作，包括外部环境建模、叶片建模、传动系统建模、发电机建模、控制系统建模、基座和塔架建模等，同时计算分析的结果图表等也由该模块负责实现。

4 性能分析子系统

性能分析子系统提供叶片气动力计算、载荷计算、性能计算、强度分析、稳定性分析和成本分析等模块，通过软件平台的开放式集成模块既可以集成用户自己的分析计算程序，也可以通过接口集成各种商业化软件进行相关分析计算。由总体方案设计子系统提供几何模型数据，而计算结果也通过图表显示模块来演示。

5 综合优化子系统

综合优化子系统通过集成现有的多学科优化框架软件获取成熟的优化策略和优化方法，而对总体方案和各子系统方案的优化设计则由优化设置模块来实现。多学科设计优化是一种解决大型复杂工程系统设计过程中耦合与权衡问题，同时对整个工程进行综合优化设计的有效方法。在提供变量、约束、性能间交互作用和耦合信息的基础上实现同时满足各学科和系统约束的设计，具有对各种设计方案迅速进行折衷分析的能力。多学科优化利用计算机网络技术集成各个学科的知识，应用有效的设计优化策略，组织和管理设计过程，充分利用学科子系统之间相互作用产生的协同效应，获得系统的整体最优解。

综合优化系统提供了多种多学科优化方法，为各个设计阶段不同的优化目标提供系统级的整体优化工具，先进优化算法/策略及软件方法的支持使设计人员可