风电场模型并网控制系统实验指导书V1-精品2020-12-12【关键字】情况、方法、环节、条件、文件、质量、模式、监控、运行、系统、机制、有效、平衡、合理、快速、配合、保持、建立、掌握、了解、规律、位置、关键、安全、稳定、网络、基础、需要、环境、能力、方式、作用、标准、结构、主体、总体布局、速度、关系、设置、分析、调节、形成、保护、满足、严格、管理、确保、服务、指导、带动、方向、巩固、扩大、实现、提高、中心、核心、重要性风电场模型并网控制系统实验指导书主编 XX上海浪腾工业自动化有限公司2014年5月实验一了解风电场模型并网控制系统试验平台一、实验目的对风电场模型并网控制系统进行剖析，通过对照使用说明书与实物，了解本试验平台的主体结构及各细节，巩固、扩大课堂所学知识，并从中体会学习风电场模型并网控制系统试验平台的实验方法。

要求：1、了解试验平台的用途，总体布局，以及试验平台的主要性能和技术指标；2、对照试验平台使用说明书，分析仿真器、控制器和SCADA工作原理；3、了解和分析试验平台主要部件的工作原理。

二、实验原理及方法本实验利用并网控制系统试验平台中的仿真器、控制器和SCADA讲解真实环境下风电场并网的工作原理。

主要方法是打开仿真器、控制器和SCADA，参照使用说明书，并配以实物进行观察，通过联合操作仿真器、控制器和SCADA，观察试验平台的各个动作。

三、风电场模型并网控制系统用途及布局1、风电场模型并网控制系统用途风场模型并网控制系统试验平台，构建了一个采用风速、温度及海拔等参数为依据的虚拟风况环境模型，以单台风力发电机组在风场特定微观位置为目标而建立的一个风电场群，用于测试风力发电机组工况运行状态。

学生可通过本试验台了解风场侧风力发电机主控以及中控侧SCADA的工作原理，并可在试验台进行相关地风力发电机工况的模拟实验，本试验台同时可供电气专业学生了解学习基于工业现场的电气控制、数据采集及网络通讯等知识。

2、风电场模型并网控制系统的主要技术指标仿真器输入额定电压 AC220V仿真器PLC额定电压 DC24V仿真器PC额定电压 AC220V控制器输入额定电压 AC220V控制器PLC额定电压 DC24V控制器PC额定电压 AC220VSCADA网络通讯板额定电压 AC220VSCADA串口服务器额定电压 AC220VSCADA串多模转换器额定电压 DC24VSCADA数据交换机额定电压 DC24VSCADA客户机额定电压 AC220VSCADA服务器额定电压 AC220V3、风电场模型并网控制系统的主体结构图1是风电场模型并网控制系统试验台原理结构图，图2是风电场模型并网控制系统试验台现场布置图。

风电场模型并网控制系统主要由仿真控制系统、主控制系统和SCADA系统组成。

仿真控制系统包含风模型系统软件、力模型系统软件、温度和湿度及海拔系统模型软件。

通过ADS专用信道与主控制系统进行数据交互。

主控制系统包含机组的发电控制流程、工艺保护流程、数据统计流程、第三方通讯流程等。

通过网络通讯板将主控制系统与SCADA系统的不同介质的通讯进行连接。

SCADA系统可实时采集单机机组的各个运行数据点，并可接受单机机组的状态列表、统计列表、风速功率列表、风玫瑰图等。

风电场模型并网控制系统实验平台提供一个较真实的风力发电机组运行环境。

使实验人员能够通过此平台快速的掌握风力发电机组运行的理论及实践知识。

...机组1#机组40#...主控1#主控40#通讯设备中央管理平台图1 风电场模型并网控制系统试验台原理结构图图2 风电场模型并网控制系统试验台现场布置图四、实验仪器及材料1、仿真器一台。

2、控制器一台。

3、网络通讯板一台。

4、SCADA一台。

五、实验步骤1、结合现场了解试验台的用途、布局、各种指示灯和按钮的作用及操作方法。

2、打开各个电气柜，观察各个柜体内部的器件组成及其电气连接，分析其基本原理。

（1）打开仿真柜，观察PLC的电气连接，分析其数据采集原理。

（2）打开控制柜，观察PLC的电气连接，分析其数据采集原理。

（3）观察网络通讯板的电气连接，分析其数据采集原理。

3、启动操作台的仿真工控机，并启动仿真控制程序，结合使用说明书，熟悉本应用程序的操作界面。

4、启动控制柜中的主控工控机，并启动机组控制工艺程序，结合使用说明书，熟悉本应用程序的操作界面。

5、启动操作台的SCADA工控机及数据服务器，并启动SCADA监控软件，结合使用说明书，熟悉本应用程序的操作界面。

六、注意事项1、注意安全，遵守实验室安全操作规程。

2、打开各个柜体进行观察和测量时必须在主电切断情况下进行。

3、未经指导老师同意，不得擅自操作柜体上的按钮及上位机程序。

七、思考题1、在实验过程中，仿真器柜上的指示灯分别代表的含义是什么，控制器柜上的指示灯和按钮分别代表的含义又是什么？2、主控制系统如何与SCADA建立连接？请绘制通讯架构图。

实验二风电场模型并网控制系统通讯试验一、实验目的1、熟悉SCADA软件的使用；2、掌握串口通讯的主/从通讯模式在物理连接层的表现；3、掌握现场环境下风机通讯中断的处理能力；4、掌握串口通讯的基本配置标准。

在通讯环路中的地址、通讯波特率、停止位等标准设置的意义，掌握正确的配置方式；5、掌握数据在通讯层上的传递方式及通讯规约。

理解数据传递表现形式，通讯安全的CRC冗余校验方式，学会如何分析得到的数据报文解析成数据值；6、掌握控制系统与I/O间的现场总线通讯模式，并学会如何检测和配置。

二、实验原理及方法本实验利用并网控制系统试验平台中的仿真器、控制器和SCADA进行风电场通讯层的工作原理介绍。

主要由SCADA系统与模拟机组通讯测试实验和模拟机组总线通讯测试实验。

SCADA系统与模拟机组通讯测试实验中，通讯机组在通讯控制屏上含有2个RS232通讯模块，为EL6002，模块上具有标准的通讯状态显示灯，正常通讯情况下，通讯的收/发指示灯会闪烁。

网络通讯板上包含4个RS232转光纤的控制模块，每一个控制模块接受控制一个环路的机组，数量为10台。

SCADA系统的通讯包含一个以太网转多路串口服务器，包含4个虚拟串口，通讯屏上包含4个RS232转光纤的控制模块，每一个控制模块和模拟机组光纤的控制模块连接成一个完整地通讯控制环路。

SCADA通讯系统通过软件配置将所有的通讯回路连接，系统通过专用的配置软件将通讯物理特性和物理描述配置到软件中。

图1为模拟风场控制系统环网模式。

图2为网络通讯板布置图。

图1 模拟风场控制系统环网模式图2 网络通讯板布置图模拟机组总线通讯测试实验中，通过TwinCAT管理工具，对目前设备的现场总线进行配置，在配置时其设备目前的所有功能将无效，根据工具的提示将现场总线进行合理配置，理解配置的地址、数据及端口，了解配置的基础信息，通过配置，对系统进行强制I/O读写来了解现场总线的工作原理。

三、实验仪器及材料1、仿真器一台。

2、控制器一台。

3、网络通讯板一台。

4、SCADA一台。

四、实验的步骤1、串口通讯模式下发送和应答机制实验（1）打开控制器柜，找到模拟机组的EL6002模块。

观察指示灯闪烁状态。

（2）找到网络通讯板与模拟机组EL6002对应的光纤转换器。

观察指示灯闪烁状态。

（3）确定SCADA与模拟机组的主/从机制工作原理。

2、断开机组侧通讯实验（1）找到网络通讯板，将与EL6002对应连接的光纤转换器的RS232物理连接断开（注意需断电再上电）。

（2）检测环路的收发指示状态和正常情况下的不同点。

3、SCADA操作系统的配置实验（1）打开SCADA系统计算机，关闭运行的SCADA监控软件。

（2）在SCADA系统计算机中，按<开始>-><运行>->在命令行中键入“mstsc”->等待“远程桌面连接”提示框->点击<连接>按钮。

连接完成后键入后台SCADA服务器的用户名和密码。

用户名为administrator，密码为123。

（3）登陆SCADA服务器后，点击“我的电脑”，进入C:\WINDOWS\KvMita\ MitaTeknik.ini路径。

（4）进入SCADA配置文件，定位至内容为“[1号环]”区域。

其以下内容含义为：CircleName=1号环环名称Com=1 串口端口号bps=38400 串口波特率Addr1 = 1 从机地址号Name1 = 1# 从机名称（5）对串口端口号、串口波特率、从机地址号任其一进行修改，改变原值后进行数据保存。

（6）将远程桌面连接最小化，在SCADA系统计算机中，登陆SCADA软件。

观察SCADA 软件中各风机通讯状态。

理解在通讯中参数配置的合理性和必要性。

4、CRC验证实验（1）打开SCADA系统计算机，关闭运行的SCADA监控软件。

（2）在桌面上找到AccessPort文件夹，双击图标。

进入串口监视工具。

（3）根据图1，对串口监视工具进行操作。

进入<Monitor>功能区，点击<端口选择>按钮，对需监视端口进行选择。

点击<监控启动>按钮，启动串口监控。

（注：以上步骤不能颠倒。

如需改变监控端口，需要先点击<监控停止>按钮后，再重复以上步骤。

）图1（4）通过串口监视工具，截获通讯报文。

将报文复制至其他文本格式软件中，如记事本等。

配合说明书对报文进行解析。

并根据通讯协议使用的CRC算法，手工计算数据的CRC值，并保留计算方式和过程。

5、模拟机组现场总线实验（1）打开仿真控制器，退出仿真控制器界面。

鼠标右击操作系统右下角的图标。

（2）定位至<System>中，点击<Config>按钮。

如图2。

图2（3）定位至<System Manager>，单击进入。

如图3。

图3（4）鼠标右击“I/O-Configuration”中的“I/O Device”。

点击“Scan Devices”功能，进行系统总线的设备查询工作。

观察总线扫描前与扫描后的变化情况。

图4五、实验数据处理1、分析串口通讯的主/从机制的工作原理，并形成实验报告。

2、记录一条完整的发送和应答报文。

根据说明书的通讯协议说明，分析其数据内容及写出CRC的计算过程，并作为实验报告的附件。

六、思考题1、将风机通讯环路分为多环的理由是什么？2、通讯校验算法有哪些？本系统采用了哪种？实验三 风力发电机能量转换实验一、实验目的1、熟悉试验台中仿真软件参数的设置；2、理解海拔等外围因素对能量获取的基本影响；3、理解能量获取和扫掠面积之间的关系；4、查找最大p C 点测试，理解风力发电机组的基础设计规律。

5、掌握风能计算公式：3p 21v A C P ⋅⋅⋅⋅=ρ 二、实验原理及方法风能指在空气运动的动能，一般用单位时间内通过单位面积的能量即风能密度来衡量风能的大小。