一種風(fēng)電機(jī)組載荷評估的云平臺設(shè)計與分析

袁野 肖學(xué)成 徐秉俊

摘 要：現(xiàn)有的對風(fēng)電機(jī)組載荷的測試只能通過專業(yè)的設(shè)備在特定的地點進(jìn)行，這給風(fēng)電組載荷工程師的設(shè)計研發(fā)帶來了很大的困難。為使測試人員對風(fēng)電機(jī)組載荷的測試能夠方便快捷的進(jìn)行，文章提出了一種風(fēng)電機(jī)組載荷評估的云平臺。與傳統(tǒng)的通過致動盤理論進(jìn)行評估風(fēng)電機(jī)組載荷方法相比，該方案通過軟件平臺將測試風(fēng)電機(jī)載荷復(fù)雜過程上傳的云平臺中通過混合云計算進(jìn)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(jī)和服務(wù)器的資源，使測試風(fēng)電組機(jī)的載荷更加快速、高效、便捷，同時能夠減少因為測試不準(zhǔn)確使風(fēng)電機(jī)組承載過重導(dǎo)致的風(fēng)電機(jī)整機(jī)倒塌的風(fēng)險。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電機(jī)組;載荷;云平臺;混合云計算

0 引言

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

最早的風(fēng)電機(jī)組載荷采用的是制動盤理論進(jìn)行評估，該評估方法可以大致獲得小型風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計運(yùn)行載荷，但偏差較大，導(dǎo)致機(jī)組設(shè)計余量較大。伴隨著風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展，一些商業(yè)化軟件被設(shè)計出來，這些軟件在載荷計算上能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)精度要求，但是在使用效率上卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適用。因此各家整機(jī)企業(yè)，都開發(fā)了大量的輔助工具，提升前處理、后處理效率。由于標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)定義的工況越來越精細(xì)化，工具在數(shù)據(jù)可視化，數(shù)據(jù)分析、任務(wù)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(yīng)的需求。另一方面，對于大部件生產(chǎn)開發(fā)企業(yè)，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(shù)人員、模型保密等方面的限制，很多企業(yè)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(fēng)電機(jī)組載荷評估云平臺，將復(fù)雜、多樣的風(fēng)電機(jī)組載荷上傳至云平臺進(jìn)行并行計算，以數(shù)字化平臺來實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的管理和分析。

1 云平臺組成設(shè)計

本文提出的對風(fēng)電機(jī)組載荷估計的云平臺是軟硬件平臺相結(jié)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(shè)計人員隨時隨地對風(fēng)電機(jī)組載荷進(jìn)行測試。所需硬件平臺指生產(chǎn)公司內(nèi)部的計算機(jī)以及服務(wù)器等用于計算的硬件設(shè)施，通過混合云計算合理分配所需的計算資源給計算機(jī)和服務(wù)器，以達(dá)到對載荷測試數(shù)據(jù)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(gòu)方案

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

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

（3）隨時隨地在電腦端/手機(jī)端查看任務(wù)計算進(jìn)度和任務(wù)信息，數(shù)據(jù)實現(xiàn)各部門之間協(xié)作共享，無需介質(zhì)拷貝，結(jié)果數(shù)據(jù)可以永久保存，并可以自定義標(biāo)簽存儲，便于后續(xù)查閱。

1.1.2 軟件分層次設(shè)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(yùn)行。軟件平臺具有三層功能結(jié)構(gòu)層次，分別為：基礎(chǔ)層、業(yè)務(wù)層和應(yīng)用層，如圖1所示。

（1）基礎(chǔ)層主要實現(xiàn)文件管理、數(shù)據(jù)管理、web應(yīng)用、計算調(diào)度功能。

（2）業(yè)務(wù)層主要實現(xiàn)風(fēng)文件生成、工況生成、云計算、后處理、數(shù)據(jù)提取和報告自動化功能。

（3）應(yīng)用層具備豐富的應(yīng)用功能及應(yīng)用功能的擴(kuò)展性，包括認(rèn)證評估、功率曲線計算、整機(jī)開發(fā)計算、現(xiàn)場安全評估、載荷數(shù)據(jù)管理、項目信息管理、數(shù)據(jù)可視化、存儲優(yōu)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(wù)器，如圖2所示。

（1）訪問端主要為設(shè)計研發(fā)人員手中的用于監(jiān)管測試風(fēng)電機(jī)組載荷的可聯(lián)網(wǎng)工具，一般為手機(jī)或者電腦。

（2）防火墻用于整個產(chǎn)品的安全保護(hù)，防止由于人員錯誤的操作導(dǎo)致的產(chǎn)品整體的崩潰以及外來人員惡意的攻擊竊取本產(chǎn)品所測試的風(fēng)電機(jī)組載荷的相關(guān)數(shù)據(jù)。

（3）平臺服務(wù)器包括計算服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、文件服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器和調(diào)度服務(wù)器，其用于風(fēng)電機(jī)組載荷測試數(shù)據(jù)的計算處理分析。其中，計算服務(wù)器包括線下的計算集群和線上的云計算服務(wù)器。

2 云平臺產(chǎn)品可行性分析

2.1 市場應(yīng)用場景需求分析

對于風(fēng)電機(jī)組載荷評估，一方面需要根據(jù)各個不同的機(jī)位點環(huán)境參數(shù)進(jìn)行大量的仿真;另一方面，載荷評估需要和塔筒設(shè)計、基礎(chǔ)設(shè)計緊密迭代，共享平臺和數(shù)據(jù)，將大大減少迭代設(shè)計的時間，快速滿足市場需求。這些難點，在風(fēng)電行業(yè)各家整機(jī)企業(yè)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(rèn)可，獲得廣泛應(yīng)用。本軟件平臺在市場應(yīng)用方面，針對不同類型的用戶，提供了以下的應(yīng)用，滿足不同市場應(yīng)用場景的需求[3]。

（1）對于認(rèn)證行業(yè)用戶，可幫助其對風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)況＼工況的生成、載荷的提取與處理、數(shù)據(jù)可視化、認(rèn)證客戶信息＼數(shù)據(jù)管理等。

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

（3）對于風(fēng)電場業(yè)主類客戶，可幫助其開展風(fēng)電機(jī)組安全評估、風(fēng)電機(jī)場發(fā)電量＼單機(jī)出力評估等。

2.2 云平臺產(chǎn)品優(yōu)勢

2.2.1 對云平臺產(chǎn)品本身

云平臺軟件是以GH-Bladed和HAWC2做為計算核心可實現(xiàn)互補(bǔ)、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(nèi)行業(yè)首家，具有行業(yè)領(lǐng)先性。通用化的載荷評估云平臺軟件，可以實現(xiàn)多個風(fēng)電檢測領(lǐng)域載荷評估業(yè)務(wù)的快速實施。

2.2.2 對同競爭產(chǎn)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(xiàn)有的計算機(jī)和服務(wù)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(shù)相比公有云技術(shù)難度更高，應(yīng)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(yīng)用外，對HAWC2也同樣支持，包括生風(fēng)、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(zhuǎn)換。這樣能夠最大限度滿足國際標(biāo)準(zhǔn)IECRE要求，在型式認(rèn)證載荷評估方面具有廣泛的應(yīng)用前景。

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

3 總結(jié)

本產(chǎn)品采用云平臺對風(fēng)電機(jī)組載荷進(jìn)行測試，通過云平臺將風(fēng)電機(jī)載荷上傳到云端，即解決了由于風(fēng)電機(jī)組所測試的載荷點較多而帶來的數(shù)據(jù)較大的問題，又能通過云平臺共享載荷數(shù)據(jù)大大減少迭代設(shè)計的時間。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]華廣勝，薛楊，陳迪.風(fēng)電檢測行業(yè)調(diào)研報告[J].電力工業(yè)，2019（1）：5-8.

[3]黃玲玲，符楊，任浩瀚，等.基于狀態(tài)信息的風(fēng)電機(jī)組維護(hù)研究綜述[J].電力工業(yè)，2020（7）：7065-7078.