CN107016177A - 一种风力机模拟实验平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风力机模拟实验平台，包括：建立并存储根模型和派生模型的单元；绘制风力机模拟总览图的总览单元，配置风力机模型参数的配置单元，监控风力机模型运行时参数的运行监控单元；所述根模型包括风力机所涵盖元件的基本属性，所述派生模型包括根模型和每一风力机元件区别于基本属性的属性；所述风力机模拟总览图中每一元件与派生模型建立联系。本发明可快速扩展引入其他模拟平台，具有复用性强，扩展性强和健壮性强。

Description

一种风力机模拟实验平台

技术领域

本发明涉及一种系统模拟运行技术，特别是一种风力机模拟实验平台。

背景技术

随着微电网技术的不断发展，微电网能量管理系统也逐渐成为研究热点。为了保证微电网高效稳定地运行，微电网通常由能量管理系统进行智能控制和自动调度决策。微电网能量管理系统是一套具有发电优化调度、负荷管理、实时监测并自动实现微电网同步等功能的能量管理软件。风力发电系统作为微电网技术的一部分，是一个复杂的机电能量转换系统，其设计环节包括叶片气动设计、支撑结构设计、伺服控制设计、变流设计等。试验平台通过对风力机进行准确数学建模，复现实际风力机的运行状态，同时提供友好开放的伺服控制、功率变换等的设计环境，能够在实验室环境内获得逼近现场的实验效果。

在以往的微电网试验中，我们一般采取利用LabVIEW搭建模拟平台，其存在的问题是当我们需要稍微改变已有平台向其中添加新的功能的时候，需要做大量重复的工作，不具有进行灵活扩展的特性。因此在基于对微电网EMS系统框架深入理解之上，本文研究的问题主要集中于微电网能量管理系统的设计和开发，涉及到框架的选择、界面和接口的设计、程序中模型和数据库的构造等问题，旨在建立一个可复用，程序扩展性强的控制平台。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风力机模拟实验平台，本发明可快速扩展引入其他模拟平台，具有复用性强，扩展性强和健壮性强。

一种风力机模拟实验平台包括：建立并存储根模型和派生模型的单元；绘制风力机模拟总览图的总览单元，配置风力机模型参数的配置单元，监控风力机模型运行时参数的运行监控单元；所述根模型包括风力机所涵盖元件的基本属性，所述派生模型包括根模型和每一风力机元件区别于基本属性的属性；所述风力机模拟总览图中每一元件与派生模型建立联系。

本发明所提供的实验平台，通过根模型可以扩展不同的派生模型，无需重复建模工作。本发明从类的设计层面为将来的扩展留下了比较大的余地。同时本发明为了防止用户的误操作，加入了输入校验等功能提升了软件的健壮性。

下面结合说明书附图对本发明做进一步描述。

附图说明

图1是本发明的原理图。

图2是本发明总览单元界面示意图。

图3为点击总览图元件后显示的界面示意图。

图4是本发明配置单元界面示意图。

图5是本发明运行监控单元数据显示界面示意图。

图6是本发明运行监控单元图形显示界面示意图。

具体实施方式

结合图1，一种风力机模拟实验平台，包括数据库、总览单元、配置单元、监控单元、统计分析单元。数据库用于存储建立的根模型和派生模型；总览单元用于绘制风力机模拟总览图；配置单元用于配置风力机模型参数和环境参数；运行监控单元监控风力机模型运行时参数；统计分析单元用于显示风力机模型模拟运行的实时数据和历史数据。

对于模块化方面，本发明建立了dialogs，eventListener，models，panels，svgcomposite，toolkits以及ui等类包。对于目前阶段的风力机模拟平台，发明人在以上类包后补充“.windturbine”字符串，就可把关于风力机模拟平台的各个组件放置在相应的类包中。当需要搭建光伏或者其他模拟平台时，也可遵循此法对各个模拟平台进行模块化管理，而不会对已存的项目产生影响。另外，为了形象化展示系统的运行状态，发明人利用SVG图形来构建系统总览，这种方案采用预绘制总览图并定义图中组件的ID和title，这样在运行当中，eventListener中风力机模拟平台的事件监视器可对相应组件做出动态改变。

本发明通过优化类的设计来提高平台的扩展性，发明人将测试系统分解成了一个主窗口类-windturbineFrame，其下有四个单元(总览单元、配置单元、监控单元、统计分析单元)，这些单元从派生模型中获得数据，此外，单元还有自己从属的各个类，这些类用于配置，展示等。对于模型，其会与数据库进行通信获取最新数据，并定时刷新得到系统的实时状态。

本发明所述的根模型包括风力机所涵盖元件的基本属性，所述派生模型包括根模型和每一风力机元件区别于基本属性的属性。例如风力模拟平台中的永磁同步发电机的根模型包括其名称和类型，而派生模型则包括运行状态、转动惯量、转速、功率以及转矩等。本发明穷尽得到系统中所有的模型，例如异步电机、同步发电机、并网逆变器、整流器等。为了使得模型具有良好的可扩展性和简便的修改特性，本发明建立了一个名为Component的根模型中，其他所有模型是该根模型的派生模型。Component根模型包含模型通用的特性，比如名称、类型等，以及通用的功能等，便于以后公共特性的添加和修改。对于派生出来的派生模型，本发明编辑了其必要的属性，并开放接口以作数据供之后提及的视图模块查询使用。本发明中根模型是产生派生模型的基础，但是只有派生模型具备完整元件的全部属性。

在本发明中，模型包括元件模型和环境模型。

数据库中的根模型和派生模型是在实验平台运行之前设计并存入，等待总览单元、配置单元、监控单元、统计分析单元的调用。

本发明提及的总览单元、配置单元、监控单元、统计分析单元，每个单元对应一个界面，如图2至4所示。

在总览单元中，本发明采用Inkscape对风力机模拟总览图进行绘制，如图4所示的“并网逆变器、整流器、永磁同步发电机、联动齿轮、异步电机、电机驱动器及连接线组成的总览图”。设置风力机模拟总览图中每个元件ID号和名称，然后将所绘制的、扩展名为svg的文件加载入程序。为了监控用户与界面的交互行为(例如鼠标的点击或者悬浮等)，本发明为总览单元加入了监听器，通过之前设置的ID查询到特定派生模型，并为其添加所必需的监听事件，若用户尝试与总览模块中的某个元件进行交互，监听器会获得用户操作并做出相应反馈，例如，显示该元件的具体信息的对话框等(如图3所示)，包括其基本属性和实时运行状态参数等。另外，考虑到测试系统的性能表现，本发明规定了每次交互反馈的结果的实例个数。

结合图4，在配置单元中，对风力机的参数进行设置、部分参数是可以在模拟运行前进行设置，但是有些参数是在模拟运行过程中通过运算获得。在配置参数时，不仅包括风力机模型的自身相关参数，还包括风力机模型模拟运行环境参数。为了简化配置流程并迅速投入测试系统，本发明引入了一键设置和一键导出设置文件的功能。另外用户可自定义特定的参数，使得测试系统更具灵活性，并且程序会将最后一次正确设置的参数固化在本地，当重新打开软件时，程序能重现以往的设置，加快了操作，使得用户更专注于平台的技术部分。最后防止用户的误操作，发明人在程序中加入了限制特定输入和验证设置非空等功能，提高了程序的健壮性。

运行监控单元分为两个子模块，一为数据显示模块(图5所示)，一为图像显示模块(图6所示)，每隔1s钟刷新一次显示数据，实时反映系统的运行状态。其中图像显示部分，采用JFreechart来显示来自数据库的数据。这一做法也沿用到分析模块中。

当实验平台完成加载之后，展示出了包括各个可点击的组件的系统总览图，这些可点击的组件对应着不同的模型的，可点击功能是由通过eventListener监听器来实现的，监听器捕获用户的点击动作来决定弹出某个对话框，这个对话框会从派生模型中获取其运行和属性参数从而展示该组件的状态。首先用户画出风力机模拟总览图；接着，用户可在配置界面对系统的一些模型进行参数配置，使得系统运行在不同的状态中。在此之外系统提供了一个附加功能，使得用户可一键导出/导入配置参数。配置成功之后，系统才能被运行，对于运行中的各个模块的数据可在运行监控界面查看，也可在分析界面对系统的实时/历史数据分析。

为了防止用户的误操作，创建了一个名为LimitInput类，该类继承自Swing中的PlainDocument类，但是该类并不具备对所输入的字符串进行校验，所以发明人在该类中创建了一个正则表达式，新建了insertString方法，如果用户输入满足所创建的正则表达式的要求，则调用父类PlainDocument中的insertString方法，即将用户输入插入到所在编辑的文本域中，否则不接受输入。以此来屏蔽用户的错误输入，并且可以通过修改正则表达式来重新定义正确的输入。针对系统的配置方面，发明人在配置模块中加入了校验配置是否正确的方法，在每次运行系统时，系统都会校验，如果校验通过，该方法会返回true值，系统才会投入运行，否则需配置直到正确为止，并且系统会为最后一次配置正确的参数以xml格式做备份，存储在本地磁盘中。为了使系统能迅速投入运行，发明人还在每次启动实验平台时读取上次运行的配置文件。

Claims (9)

1.一种风力机模拟实验平台，其特征在于，包括：

建立并存储根模型和派生模型的单元，

绘制风力机模拟总览图的总览单元，

配置风力机模型参数的配置单元，

监控风力机模型运行时参数的运行监控单元；

所述根模型包括风力机所涵盖元件的基本属性，

所述派生模型包括根模型和每一风力机元件区别于基本属性的属性；

所述风力机模拟总览图中每一元件与派生模型建立联系。

2.根据权利要求1所述的实验平台，其特征在于，基本属性至少包括名称、类型。

3.根据权利要求1所述的实验平台，其特征在于，总览单元中设置监听器且对风力机模拟总览图中每一元件设置ID号和名称，利用监听器将该ID号、名称与派生模型建立联系。

4.根据权利要求1所述的实验平台，其特征在于，配置单元中还包括输入风力机模型模拟运行的环境参数。

5.根据权利要求1或4所述的实验平台，其特征在于，配置单元中设置导出导入模块，配置完成的总览图元件的参数可以导出且被导出的参数可以导入作为风力机模型运行的参数。

6.根据权利要求1或4所述的实验平台，其特征在于，配置单元中设置校验配置模块，对输入的参数进行校验，校验通过模拟运行启动，否则提醒错误。

7.根据权利要求1所述的实验平台，其特征在于，该实验平台还包括统计分析单元，用于显示风力机模型模拟运行的实时数据和历史数据。

8.根据权利要求1所述的实验平台，其特征在于，运行监控单元以一周期刷新显示监控的风力机模型模拟运行时数据。

9.根据权利要求6或7所述的实验平台，其特征在于，采用数字和/或图标的形式显示风力机模型模拟运行数据。