风电机组智能调试平台的设计与应用.pdf

照明电器 2023 年 第 3 期 总第 178 期 光源与照明158风电机组智能调试平台的设计与应用马 斌广西桂能科技发展有限公司，广西 南宁 530007摘要：风电机组的调试工作除了包括必要的加油加水工作，还需对电机、风扇等外围部件进行调试、故障消除等，会耗费大量时间，单台机组的调试并网往往需要耗费多位专业调试工程师一整天时间。为加快风电机组的调试、并网，开发设计智能调试平台刻不容缓。文章以 C/S 系统架构为载体，构建了风电机组生产制造车间智能调试平台，致力于减少车间调试时长，提高调试效率和产品质量。通过搭建软硬件结构，实现以下功能：自动化记录、储存车间调试数据；自动完成调试过程；自动生成调试报告。关键词：风电机组；智能调试平台；C/S 架构；自动化分类号：TM3150 引言随着中国提出“碳中和、碳达峰”的“双碳”目标，新能源的发展迎来又一个高峰期。风力发电可以利用风能这一清洁能源发电，让我国能源结构更加绿色环保，海陆并举的风力发电进入全盛发展期1。2021 年，我国风力发电由陆上风电转战海上风电。各能源开发集团和风电整机制造厂家面对庞大的市场资源，积极响应国家号召，采取了制度改革、科技创新等举措，更为先进和智能的国产风机进入市场，在不断的推陈出新中蓄势待发2，“平价上网”和“竞价上网”政策也带来更多机遇和挑战3。研制风电机组智能调试平台的目的在于提高机组出厂测试的效率和准确性，保证机组出厂测试的完整性和正确性，从而建立完善的质量跟踪和追溯系统，加强精益生产质量。该平台主要在车间完成风电机组机舱和轮毂的标准化测试，利用图文引导、声光播报等方式引导工人按照标准化的测试流程开展测试。平台可以自动完成数据记录和测试报告的打印，测试结果和数据自动存储在服务器中，在后期应用于大数据分析和问题追溯4。1 传统调试与智能调试的对比1.1 传统调试传统车间调试主要是根据调试手册，在调试软件内手动控制模块 IO 输出，或通过调试软件、万用表等工具检测机组设备状态、电流电压等是否与理论要求一致，由车间调试人员确定是否符合调试规范要求，在纸质调试记录文件上进行手动记录。车间调试包含上电前检查、硬件上电调试、软件调试、变频器与变桨调试、联调与空转并网测试等内容，调试流程较多，记录过程烦琐，存在因人为疏忽等原因导致的少测、漏测、合格标准把关不严等情况，对机组调试质量产生影响。基于传统车间调试存在的问题，以下方面需要改进：（1）流程较多，手动记录，调试记录操作烦琐；（2）机组调试是否合格由调试人员判断，质量把控标准不统一；（3）调试报告手动编写，电子档案须由纸质档案转换；（4）车间调试时，对调试人员经验有一定要求，过程无引导性。1.2 智能调试为加强在机组生产、调试过程中的质量把控，减弱生产调试环节中设备状态、调试人员等因素对产品质量的影响，设计车间智能调试平台，实现以下功能：（1）调试数据记录和存储自动化；（2）调试过程半自动化，具有引导性；（3）自动生成、打印调试报告；（4）拓展 QMS 云平台，为产品质量的跟踪与追溯提供数据和支撑。2 智能调试平台设计准则（1）车间智能调试平台作为车间调试的重要一环，作者简介：马斌，男，本科，工程师，研究方向为新能源电力技术。文章编号：2096-9317（2023）03-0158-03光源与照明 总第 178 期 2023 年 3 月 照明电器159为车间的机舱测试与轮毂测试提供标准化的条件保障，调试平台应具有通用性特点。平台需要兼容所有机型，可接入和传递 400 V 电源，具备抗电磁干扰能力，并配备手持式测试终端，显示内容与主测试系统同步，可同步操作和显示，便于操作人员进入狭窄空间操作。（2）平台应该预留易整理的电缆收纳空间和配套设备，便于移动和完成机舱、轮毂调试。平台可以按报告模板自动生成调试报告，操作方便，含防错机制，具备良好实操性、稳定性。平台软硬件预留充分的扩展接口和空间，可以满足升级扩展需求。（3）平台操作界面采用全中文界面，具备通用性和便捷性，方便修改和配置协议，可自主进行调试项排序、调试项添加和各调试项目内部逻辑测试，具备测试序列并行运行能力。调试平台支持 CANopen、ModBus、RS232 等多种通信协议，提供通用的协议配置和解析层，从而针对不同类型的风电机组进行通信协议配置5。3 智能调试平台架构设计C/S（Client/Server）架构即客户/服务器架构，客户端响应速度快，充分发挥客户端 PC 的处理能力，将工作预处理后再提交服务器，可以提高处理速度。文章设计的智能调试平台主要应用于车间调试，采用 C/S架构，平台通信可通过建立小型局域网完成，需要利用高性能 PC、工作站或小型工控机作为调试服务器，装载大型数据库和定向开发调试软件6。针对被测对象不同，风电机组智能调试平台可以用于轮毂变桨系统和机舱出厂检测，不同测试采用相同的硬件和软件系统设计，通过不同的系统测试序列配置完成各自的流程。系统硬件主要包括主控柜、各类测试仪表、现场终端等7。（1）主控柜主要由 PCI 工控机、显示器、数据服务器、打印机、UPS 和供电主回路组成。主控柜可以向被测对象供电、采集现场设备测量信号、按照测试流程产生激励信号等、平台可以转换被测对象的测量信号，将需要测量的多种规格的电压、电流、离散信号送主控柜进行采集8。（2）各类测试仪表可以完成对被测对象的绝缘性能、电压、电流的测试。（3）现场终端采用平板电脑，为测试人员提供测试操作引导，具备人工数据录入、图像资料存档等功能。主控柜的平台数据服务器、显示器和打印机联合工作完成人机交互，包括调试数据的自动记录、汇集存储和查询，调试报告的生成打印，调试信息二维码生成，特殊数据的手动录入等功能。利用拓展的互联网接口连接 QMS 云平台，可以完成云端存储、访问调试机组相关信息和测试结果等过程，建立完备的质量追溯系统9。4 智能调试平台功能设计根据硬件架构设计，需植入相关功能软件，调试平台的主要功能如图 1 所示。手持终端与前端设备用于让测试人员移动采集测试信息；测试设备提供远程通信与设备链路连接，执行自动化测试程序并储存测试报告。智能调试平台流程化车间调试自动记录测试结果无线智能仪表权限管理自动生成报告二次开发兼容各种机型扫码及生成二维码图 1 智能调试平台主要功能平台软件可提供投屏功能动态展示车间调试过程。为更加智能地进行车间调试和调试数据的追溯查询，为每台机组分配一个唯一可识别的编码。测试完成后，通过调试报告模板直接生成测试报告，同时生成的唯一的机组调试二维码，其中包含调试人员、调试时间、调试结果等信息10。通过打印机打印测试结果和二维码标签，二维码标签可贴在设备上，以便信息追溯。测试过程中的所有测试数据均保存在数据库中，可方便查阅和追溯。基于企业大数据 QMS 云平台，智能调试平台完成质量信息云追踪。车间调试分为信息录入阶段、辅助调试阶段、自动调试阶段、报告生成阶段，各阶段无缝连接，手动操作包含测试仪表测量和摄像头记录两种方式11。5 智能调试平台测试应用5.1 软件测试运行风电机组车间智能调试平台前，应先确认系统中有无操作员相关信息，根据需要在用户管理软件中进行用户信息增加、变更和增删12。登录界面提供账户和配置更新两个功能项。安全级别较高的管理员可对用户和账号进行管理，登录后，可查看用户账号信息。测试机组的配置和型号存在差异，用户需根据 照明电器 2023 年 第 3 期 总第 178 期 光源与照明160测试机组更新对应的测试配置文件，然后才能进行正确的测试流程引导执行。用户和配置信息更新完成后进行轮毂、机舱系统测试，为测试系统植入系统编号，录入设备信息、设备参数、器件型号。（1）外观类测试主要针对系统外观或设备器件外观进行检查，确定是否有破损等不符合规定之处。可以在手持终端上拍照保存测试位置的情况和实测结果。（2）万用表类测试主要使用万用表测试指定测试点位之间的绝缘性能。将万用表放在指定测试点位进行自动测试，如果绝缘性能满足要求，自动转到下一项测试，录入并保存测试结果；如果测试不通过，可进行重复测试13。（3）人工判别类测试可根据“检查内容”提示执行相应的操作，并判断该项测试是否通过，测试通过则进行存储记录。（4）模拟量 AI 类测试主要包括温度、压力、风速、转速、角度等模拟信号的测试，转动风速仪具体自动读取风速，实际风速数据变化符合理论则测试通过，反之则测试失败。测试系统可以自动读取指定信号的值，自动判断结果。其中，DI 主要根据时序读取上升沿、下降沿判定，DO 输出控制测试需人工通过测试界面开关将信号值发送给风机的 PLC；观察继电器、指示灯控制情况，由人工判别结果14。主控柜中数据服务器拓展了局域网接口，让车间智能调试平台接入 QMS 云平台，工程师可以在任何时间和地点查询机组生产记录、调试记录等重要信息，完成质量追溯管理。测试过程中可随时结束测试、进入测试列表、查询测试结果信息、根据需要选择要继续测试的测试项，在完成所有测试项目后终止测试，并根据当前测试信息生成机组的 PDF 测试报告。5.2 应用效果重新梳理传统车间调试项目，得到应用于智能调试平台的调试项目。以某公司 2.X 机组为调试对象，调整后车间调试内容共计 77 大项，355 小项。使用车间智能调试平台，可自动判断其中 316 项是否合格，剩余 39 项需人工判断，自动判断占比 89%。单台机组在智能调试平台的调试耗时如表 1 所示。传统调试标准工艺预计工时为 434 min，对比表 1可知，使用车间智能调试平台预计耗时为 378 min，测试工时减少 13%。由经验丰富的调试人员使用车间智能调试平台调试，实测调试耗时约为 292 min，节约了86 min，大大提高了工作效率。6 结束语文章基于 C/S 架构设计车间智能调试平台，具备引导测试人员完成测试流程、自动记录数据等功能。通过车间实际应用，证明智能调试平台可以实现调试优化和调整，严格把控机组车间调试质量，减少调试工时，提高调试效率，同时平台可以接入 QMS 云平台，实现调试质量云追踪。参考文献1 欧阳志远,史作廷,石敏俊,等.“碳达峰碳中和”:挑战与对策J.河北经贸大学学报,2021,42(5):1-11.2 潘小海.碳达峰碳中和背景下电力系统安全稳定运行的风险挑战与对策研究J.中国工程咨询,2021(8):37-42.3 许庆伟.风电并网调频策略研究J.光源与照明,2022(8):165-167.4 王清照,钟运鹏.风电机组智能调试系统设计开发J.风能,2018(3):76-79.5 彭鹏,马世明,慕松.基于Wiener过程的风电机组轴承剩余寿命预测J.应用能源技术,2022(5):45-50.6 妮鹿菲尔 毛吾田.新能源发电风力发电技术分析J.光源与照明,2022(9):241-243.7 郭松龄,邓然,曹锋,等.风电机组混合塔筒转接结构的轴压性能试验J.船舶工程,2023,45(1):33-38,167.8 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