一種風(fēng)電機(jī)組載荷評(píng)估的云平臺(tái)設(shè)計(jì)與分析

袁野 肖學(xué)成 徐秉俊

摘 要：現(xiàn)有的對(duì)風(fēng)電機(jī)組載荷的測(cè)試只能通過(guò)專(zhuān)業(yè)的設(shè)備在特定的地點(diǎn)進(jìn)行，這給風(fēng)電組載荷工程師的設(shè)計(jì)研發(fā)帶來(lái)了很大的困難。為使測(cè)試人員對(duì)風(fēng)電機(jī)組載荷的測(cè)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(píng)估的云平臺(tái)。與傳統(tǒng)的通過(guò)致動(dòng)盤(pán)理論進(jìn)行評(píng)估風(fēng)電機(jī)組載荷方法相比，該方案通過(guò)軟件平臺(tái)將測(cè)試風(fēng)電機(jī)載荷復(fù)雜過(guò)程上傳的云平臺(tái)中通過(guò)混合云計(jì)算進(jìn)行有效測(cè)試處理。該混合云計(jì)算能夠合理分配并充分利用計(jì)算機(jī)和服務(wù)器的資源，使測(cè)試風(fēng)電組機(jī)的載荷更加快速、高效、便捷，同時(shí)能夠減少因?yàn)闇y(cè)試不準(zhǔn)確使風(fēng)電機(jī)組承載過(guò)重導(dǎo)致的風(fēng)電機(jī)整機(jī)倒塌的風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電機(jī)組;載荷;云平臺(tái);混合云計(jì)算

0 引言

隨著科技的發(fā)展以及能源消耗問(wèn)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(chǎng)對(duì)風(fēng)電機(jī)的需求越來(lái)越大，風(fēng)電機(jī)設(shè)備廠家對(duì)風(fēng)電機(jī)的研發(fā)投入也隨之增大。市場(chǎng)為了確保所訂購(gòu)的設(shè)備安全可靠，對(duì)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(kāi)發(fā)能力，而測(cè)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(dòng)盤(pán)理論進(jìn)行評(píng)估，該評(píng)估方法可以大致獲得小型風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)運(yùn)行載荷，但偏差較大，導(dǎo)致機(jī)組設(shè)計(jì)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(jì)出來(lái)，這些軟件在載荷計(jì)算上能夠滿(mǎn)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(kāi)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(lái)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(lái)越不適用，在計(jì)算效率方面也越來(lái)越難于滿(mǎn)足市場(chǎng)快速響應(yīng)的需求。另一方面，對(duì)于大部件生產(chǎn)開(kāi)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(mǎn)足。

為解決以上問(wèn)題，本文提出一種風(fēng)電機(jī)組載荷評(píng)估云平臺(tái)，將復(fù)雜、多樣的風(fēng)電機(jī)組載荷上傳至云平臺(tái)進(jìn)行并行計(jì)算，以數(shù)字化平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的管理和分析。

1 云平臺(tái)組成設(shè)計(jì)

本文提出的對(duì)風(fēng)電機(jī)組載荷估計(jì)的云平臺(tái)是軟硬件平臺(tái)相結(jié)合組件而成，所需軟件平臺(tái)指可隨時(shí)通過(guò)瀏覽器登錄的操作平臺(tái)，便于設(shè)計(jì)人員隨時(shí)隨地對(duì)風(fēng)電機(jī)組載荷進(jìn)行測(cè)試。所需硬件平臺(tái)指生產(chǎn)公司內(nèi)部的計(jì)算機(jī)以及服務(wù)器等用于計(jì)算的硬件設(shè)施，通過(guò)混合云計(jì)算合理分配所需的計(jì)算資源給計(jì)算機(jī)和服務(wù)器，以達(dá)到對(duì)載荷測(cè)試數(shù)據(jù)高效及時(shí)的處理[2]。

1.1 軟件平臺(tái)

1.1.1 軟件平臺(tái)總體架構(gòu)方案

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

（2）無(wú)需手工點(diǎn)擊GH Blade/HAWC2軟件配置參數(shù)，自動(dòng)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(shí)隨地在電腦端/手機(jī)端查看任務(wù)計(jì)算進(jìn)度和任務(wù)信息，數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)各部門(mén)之間協(xié)作共享，無(wú)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(chǔ)，便于后續(xù)查閱。

1.1.2 軟件分層次設(shè)計(jì)方案

軟件平臺(tái)支持GH Bladed 和 HAWC2兩款載荷計(jì)算軟件在平臺(tái)運(yùn)行。軟件平臺(tái)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(shí)現(xiàn)文件管理、數(shù)據(jù)管理、web應(yīng)用、計(jì)算調(diào)度功能。

（2）業(yè)務(wù)層主要實(shí)現(xiàn)風(fēng)文件生成、工況生成、云計(jì)算、后處理、數(shù)據(jù)提取和報(bào)告自動(dòng)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(píng)估、功率曲線計(jì)算、整機(jī)開(kāi)發(fā)計(jì)算、現(xiàn)場(chǎng)安全評(píng)估、載荷數(shù)據(jù)管理、項(xiàng)目信息管理、數(shù)據(jù)可視化、存儲(chǔ)優(yōu)化等。

1.2 硬件平臺(tái)

1.2.1 硬件平臺(tái)配置方案

硬件平臺(tái)主要包含三部分：訪問(wèn)端、防火墻、平臺(tái)服務(wù)器，如圖2所示。

（1）訪問(wèn)端主要為設(shè)計(jì)研發(fā)人員手中的用于監(jiān)管測(cè)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(gè)產(chǎn)品的安全保護(hù)，防止由于人員錯(cuò)誤的操作導(dǎo)致的產(chǎn)品整體的崩潰以及外來(lái)人員惡意的攻擊竊取本產(chǎn)品所測(cè)試的風(fēng)電機(jī)組載荷的相關(guān)數(shù)據(jù)。

（3）平臺(tái)服務(wù)器包括計(jì)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(cè)試數(shù)據(jù)的計(jì)算處理分析。其中，計(jì)算服務(wù)器包括線下的計(jì)算集群和線上的云計(jì)算服務(wù)器。

2 云平臺(tái)產(chǎn)品可行性分析

2.1 市場(chǎng)應(yīng)用場(chǎng)景需求分析

對(duì)于風(fēng)電機(jī)組載荷評(píng)估，一方面需要根據(jù)各個(gè)不同的機(jī)位點(diǎn)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行大量的仿真;另一方面，載荷評(píng)估需要和塔筒設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)緊密迭代，共享平臺(tái)和數(shù)據(jù)，將大大減少迭代設(shè)計(jì)的時(shí)間，快速滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。這些難點(diǎn)，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(diǎn)的軟件平臺(tái)，必然能夠獲得市場(chǎng)的高度認(rèn)可，獲得廣泛應(yīng)用。本軟件平臺(tái)在市場(chǎng)應(yīng)用方面，針對(duì)不同類(lèi)型的用戶(hù)，提供了以下的應(yīng)用，滿(mǎn)足不同市場(chǎng)應(yīng)用場(chǎng)景的需求[3]。

（1）對(duì)于認(rèn)證行業(yè)用戶(hù)，可幫助其對(duì)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(hù)信息＼數(shù)據(jù)管理等。

（2）對(duì)于零部件＼整機(jī)開(kāi)發(fā)類(lèi)客戶(hù)，可幫助其開(kāi)展載荷云計(jì)算、整機(jī)載荷評(píng)估、整機(jī)功率曲線評(píng)估、特殊載荷評(píng)估等。

（3）對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)業(yè)主類(lèi)客戶(hù)，可幫助其開(kāi)展風(fēng)電機(jī)組安全評(píng)估、風(fēng)電機(jī)場(chǎng)發(fā)電量＼單機(jī)出力評(píng)估等。

2.2 云平臺(tái)產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)

2.2.1 對(duì)云平臺(tái)產(chǎn)品本身

云平臺(tái)軟件是以GH-Bladed和HAWC2做為計(jì)算核心可實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)、互評(píng)，同時(shí)也具備線上云計(jì)算和線下集群計(jì)算的混合云計(jì)算能力，屬于國(guó)內(nèi)行業(yè)首家，具有行業(yè)領(lǐng)先性。通用化的載荷評(píng)估云平臺(tái)軟件，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)風(fēng)電檢測(cè)領(lǐng)域載荷評(píng)估業(yè)務(wù)的快速實(shí)施。

2.2.2 對(duì)同競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品

該云平臺(tái)采用的是混合云計(jì)算的模式，該模式相對(duì)于公有云計(jì)算，在計(jì)算方式上更加靈活。一方面可以充分利用公司現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)和服務(wù)器資源，另一方面在緊急計(jì)算需求條件下，可以快速配置公有云計(jì)算資源，滿(mǎn)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(jìng)爭(zhēng)性。

該云平臺(tái)，除了支持GH bladed應(yīng)用外，對(duì)HAWC2也同樣支持，包括生風(fēng)、生工況、云計(jì)算、后處理和載荷提取，同時(shí)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(mǎn)足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IECRE要求，在型式認(rèn)證載荷評(píng)估方面具有廣泛的應(yīng)用前景。

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

3 總結(jié)

本產(chǎn)品采用云平臺(tái)對(duì)風(fēng)電機(jī)組載荷進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)云平臺(tái)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(cè)試的載荷點(diǎn)較多而帶來(lái)的數(shù)據(jù)較大的問(wèn)題，又能通過(guò)云平臺(tái)共享載荷數(shù)據(jù)大大減少迭代設(shè)計(jì)的時(shí)間。

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