風(fēng)電仿真軟件的教學(xué)要求

摘 要

風(fēng)電仿真軟件是模擬生產(chǎn)一線現(xiàn)場，構(gòu)建學(xué)習(xí)情境。學(xué)生采用角色扮演等形式，在學(xué)習(xí)的過程中，依據(jù)理論知識，通過仿真軟件開展新思維、新方法、新應(yīng)用等創(chuàng)造性的學(xué)習(xí)，教師做學(xué)習(xí)指導(dǎo)的引導(dǎo)者，學(xué)習(xí)過程的陪同者，學(xué)習(xí)結(jié)果評定的組織者。學(xué)生可以通過仿真軟件與職業(yè)實(shí)踐面對面，訓(xùn)練職業(yè)能力，培養(yǎng)職業(yè)素質(zhì)。

【關(guān)鍵詞】仿真軟件；學(xué)習(xí)情境；職業(yè)能力

1 前言

風(fēng)力發(fā)電專業(yè)是一個新發(fā)展起來的專業(yè)。通過本專業(yè)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生系統(tǒng)的掌握定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本控制要求與控制策略。理解風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軟并網(wǎng)技術(shù)的基本原理。理解各種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，特別是變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)最佳功率控制的控制思想。了解風(fēng)力發(fā)電機(jī)組智能控制的基本思想。同時可以培養(yǎng)企事業(yè)單位必須的基本技能人才，以滿足企業(yè)要把崗位技能融入課程體系的人才培養(yǎng)要求，通過本專業(yè)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生具有企業(yè)所需求的實(shí)用型基本技能人才，拓寬學(xué)生視野及知識面，滿足用人單位需求，從而全面促進(jìn)學(xué)生的就業(yè)工作。

2 風(fēng)電仿真軟件的功能

風(fēng)輪機(jī)系統(tǒng)仿真模型提供風(fēng)速、風(fēng)向、軸功率、轉(zhuǎn)速、變槳距角度、齒輪箱油位、油溫、液壓箱油位油溫、制動剎車片溫度等輸入輸出變量。模型中需要考慮風(fēng)能特性的參數(shù)主要有風(fēng)速、風(fēng)向和風(fēng)密度。風(fēng)的密度主要取決于風(fēng)機(jī)所處的地理位置，氣候變化也會產(chǎn)生一定影響，對于特定風(fēng)機(jī)而言，風(fēng)密度可以直接取自測量數(shù)據(jù)。

發(fā)電機(jī)系統(tǒng)仿真模型提供輸入機(jī)械功率、輸出有功功率、無功功率、勵磁控制、機(jī)端電壓電流向量及頻率、整流側(cè)電壓電流向量及頻率、逆變側(cè)電壓電流向量及頻率等輸入輸出變量。

外部電網(wǎng)的等值系統(tǒng)仿真模型提供并網(wǎng)點(diǎn)電壓電流向量及頻率、有功無功功率及電網(wǎng)其他參數(shù)等。

（1）風(fēng)電場仿真模型應(yīng)能實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)行方式下風(fēng)電場的運(yùn)行情況，提供全面的逼

真的仿真數(shù)據(jù)，包括：

a各種正常工況和故障工況，如正常的功率調(diào)節(jié)、對稱電氣故障、不對稱電氣故障、機(jī)械故障等。能實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場有功功率控制、無功功率和電壓控制（包括有載調(diào)壓、投切無功電源、調(diào)整風(fēng)力機(jī)組無功輸出等方式），滿足系統(tǒng)對風(fēng)電場輸出有功、無功功率的容量和控制方面的要求，如調(diào)節(jié)速度和精度等應(yīng)滿足電力系統(tǒng)運(yùn)行要求。

b能夠?qū)闻_風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的調(diào)向、制動、功率控制等功能進(jìn)行仿真、反應(yīng)各種工況中發(fā)電機(jī)組元件的溫升、壓力等信息。

c 機(jī)組的自動開停機(jī)、手動開停機(jī)、遠(yuǎn)控、近控，自動或手動方式的并網(wǎng)、解列等。

（2）保護(hù)系統(tǒng)的仿真模型包括機(jī)械部分故障的仿真模型和電氣部分故障的仿真模型，采用定值模型對電氣部分的故障進(jìn)行保護(hù)的仿真，以準(zhǔn)確反應(yīng)各種故障后保護(hù)的動作過程和結(jié)果。

（3）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組模型部分必須包含以下子系統(tǒng)：

a.包含金屬溫度、振動、受力變形等參數(shù)計算的設(shè)備本體模型；

b.偏航控制等輔助控制系統(tǒng)模型；

c.風(fēng)力機(jī)機(jī)械能計算應(yīng)考慮尾流效應(yīng)；

d.各種輔助系統(tǒng)模型，如潤滑油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等；

e.變壓器及廠用電系統(tǒng)模型

（4）監(jiān)控系統(tǒng)

采用基于人機(jī)界面的動態(tài)人機(jī)界面技術(shù)、動態(tài)圖符技術(shù)、動態(tài)菜單技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電廠一次設(shè)備三維交互式虛擬場景系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場設(shè)備的三維重現(xiàn)。

風(fēng)電場仿真監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能包括：正常操作、設(shè)備巡視、事故和異常的模擬、培訓(xùn)指導(dǎo)和輔助培訓(xùn)等功能。例如：正常的有功、無功功率的調(diào)節(jié)、開停機(jī)、倒閘操作等功能；緊急控制；低壓穿越；有功恢復(fù)；及動態(tài)無功的支撐等工況的仿真等。主要有如下仿真：

（1）人機(jī)界面模擬功能

風(fēng)電系統(tǒng)的監(jiān)控仿真向?qū)Р捎昧酥虚g件技術(shù)和程序自動化技術(shù)，可以快速創(chuàng)建與實(shí)際監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面功能、外觀以及操作過程等完全一致的仿真界面，為學(xué)員提供一個具有很強(qiáng)真實(shí)性的虛擬監(jiān)控環(huán)境，對培訓(xùn)學(xué)員系統(tǒng)監(jiān)視和操作處理的能力具有極佳的效果。

（2）窗口管理功能

用戶畫面在人機(jī)系統(tǒng)的統(tǒng)一管理下可以顯示在指定或用戶選擇的窗口中，系統(tǒng)支持多屏幕多窗口顯示。仿真界面管理著多個子窗口，窗口系統(tǒng)可以響應(yīng)用戶輸入的鼠標(biāo)事件和鍵盤事件。

（3）畫面管理功能

能夠顯示系統(tǒng)中的全部畫面，包括主接線圖、負(fù)荷、電壓、電流、有功、無功、COSФ、棒圖、軟壓板、集中光字牌、信號、趨勢曲線、報表畫面等。

在綜合自動化仿真系統(tǒng)中，用戶對畫面的調(diào)用受到兩方面的限制：1）用戶只能夠列出和調(diào)用與被監(jiān)控有關(guān)的畫面，其它畫面用戶不可見，這極大地提高了用戶操作的速度。2）用戶調(diào)用畫面還受到權(quán)限的限制，用戶不能調(diào)用和察看沒有權(quán)限訪問的畫面，防止學(xué)員干擾仿真系統(tǒng)的運(yùn)行或考試作弊。

（4）報警管理功能

為被監(jiān)控風(fēng)機(jī)產(chǎn)生相關(guān)告警信息和事件順序記錄SOE，通過告警窗、語音告警、故障推畫面等告警提示手段，通知學(xué)員監(jiān)控系統(tǒng)或監(jiān)控對象已經(jīng)出現(xiàn)了異常，需要立即處理；為了方便學(xué)員對報警的處理，報警信息按其嚴(yán)重程度可以分為多級，通過不同的顏色來區(qū)別；另外，還提供報警存儲、顯示、復(fù)歸、查詢等操作工具，防止事故處理出現(xiàn)遺漏。

（5）操作過程仿真

提供與實(shí)際監(jiān)控界面一致的操作工具和手段，模擬各種操作，包括遙控、遙調(diào)、封鎖、投/切軟壓板、復(fù)歸信號、置/刪標(biāo)志牌等，操作過程與真實(shí)系統(tǒng)上的操作完全一致。

（6）系統(tǒng)主控條仿真功能

顯示系統(tǒng)時間、安全天數(shù)、工作站編號、用戶名稱、主備機(jī)、系統(tǒng)頻率等。提供調(diào)用主畫面、數(shù)據(jù)庫界面、數(shù)據(jù)庫檢索等工具的快捷方式。

（7）運(yùn)行記錄及統(tǒng)計

變電運(yùn)行人員的日常工作包括定時手抄或自動打印運(yùn)行表單、利用計算機(jī)或人工填寫各種記錄、日志、生成各種統(tǒng)計報表等，仿真系統(tǒng)對一些重要的數(shù)據(jù)和事件進(jìn)行了記錄和統(tǒng)計。

3 結(jié)論

現(xiàn)代化標(biāo)志之一是自動化程度提高，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備智能化，代替人力，部分代替人腦，技術(shù)工人內(nèi)涵有了較大變化，在生產(chǎn)過程中更多地管理生產(chǎn)的一部分或整個，要求有更多的綜合處理能力，這就要求學(xué)生在畢業(yè)時就要掌握風(fēng)電機(jī)組的整體運(yùn)行過程，用仿真軟件可以使學(xué)生在學(xué)校就能達(dá)到和現(xiàn)場一樣的工作環(huán)境，達(dá)到理實(shí)一體化的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

[1]2014年風(fēng)電產(chǎn)業(yè)監(jiān)測情況[Z].國家能源局，2015（02）.

[2]陳鐵華，燕振元.風(fēng)電行業(yè)人才需求分析及培養(yǎng)模式探討[J].長春工程院學(xué)報（社會科學(xué)版），2013（03）.

作者簡介

韓俊峰，男，現(xiàn)為內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市人。碩士研究生學(xué)歷。現(xiàn)為包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。主要研究方向?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電。

作者單位

包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市 014030