Vestas使用基于模型的設(shè)計(jì)和持續(xù)集成開發(fā)風(fēng)力發(fā)電廠控制軟件

Vestas Wind Systems A/S 在 80 個(gè)國(guó)家/地區(qū)安裝了 6.6 萬臺(tái)以上的渦輪（總裝機(jī)容量超過 100 GW），是風(fēng)電裝機(jī)量最多的公司。Vestas 的工程師使用基于模型的設(shè)計(jì)和持續(xù)集成 (CI) 來開發(fā)電廠控制軟件，并向 Vestas 客戶和電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商證明符合電網(wǎng)規(guī)范。 Vestas Wind Systems A/S 的控制系統(tǒng)軟件架構(gòu)師 Per Hagen Nielsen 說道：“電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商希望了解電廠運(yùn)作情況的仿真，以及控制代碼是否與仿真一一匹配?！蹦壳?，能夠展示這一點(diǎn)的公司鳳毛麟角，而 Vestas 就是其中之一。這是因?yàn)槲覀兪褂昧嘶谀Ｐ偷脑O(shè)計(jì)，通過 MATLAB 和 Simulink 對(duì)電廠控制系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真，然后使用這些相同的模型生成 C++ 代碼，用于系統(tǒng)級(jí)仿真和生產(chǎn)?！?/p>

“借助 Simulink 和 Embedded Coder，我們可以向客戶和電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商展示仿真，其中包含將在我們的電廠控制器中運(yùn)行的實(shí)際代碼。這正是電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商所需要的，它讓 Vestas 比仍在使用傳統(tǒng)方法的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手更有優(yōu)勢(shì)?！?—— Per Hagen Nielsen，Vestas

▼挑戰(zhàn)在采用基于模型的設(shè)計(jì)進(jìn)行電廠控制設(shè)計(jì)之前，Vestas 的工程師采用了一種傳統(tǒng)方法，即將電力工程師撰寫的紙質(zhì)規(guī)范和設(shè)計(jì)文檔交給軟件工程師，再由軟件工程師手動(dòng)編寫各個(gè)組件或功能的代碼。電力工程師可以使用 PSCAD 軟件運(yùn)行仿真，但這些仿真?zhèn)戎赜陔娏Χ皇擒浖刂啤Ｒ簿褪钦f，仿真并不包含控制代碼。這意味著，一旦集成和部署了軟件，就很難保證 PSCAD 仿真能反映系統(tǒng)性能。Vestas 希望消除手動(dòng)編碼帶來的潛在人為錯(cuò)誤，同時(shí)確保其電力系統(tǒng)仿真與控制軟件保持一致。 此外，Vestas 希望能夠讓分布在歐亞五個(gè)國(guó)家/地區(qū)的工程團(tuán)隊(duì)就相同的工程（在某些情況下是相同的模型）展開協(xié)作。這支散布各地的團(tuán)隊(duì)需要對(duì)模型應(yīng)用版本控制，管理頻繁進(jìn)行的合并，并自動(dòng)執(zhí)行基于仿真的測(cè)試。為了滿足這些需求，Vestas 決定將 CI 與 Jenkins 結(jié)合使用，并將 CI 原則融入基于建模、仿真和代碼生成的工程工作流中。

Vestas 渦輪和發(fā)電廠控制。▼解決方案在獲得高級(jí)管理層的支持后，Vestas 電力系統(tǒng)工程師為電廠控制設(shè)計(jì)制定了新的工作流，將 CI 和基于模型的設(shè)計(jì)與 MATLAB 和 Simulink 相結(jié)合。 當(dāng)電網(wǎng)規(guī)范變更提議出臺(tái)或客戶要求提供新的功能或組件時(shí)，Vestas 的工程師會(huì)創(chuàng)建一組形式化需求。根據(jù)這些需求，一個(gè)小組使用 Simulink 和 Simulink Test 開發(fā)測(cè)試用例以用于驗(yàn)證新功能，而另一個(gè)小組使用 Simulink 和 Stateflow 設(shè)計(jì)新功能。 為了創(chuàng)建用于閉環(huán)仿真的系統(tǒng)模型，第二個(gè)小組的工程師將控制模型與 Simulink 模型相結(jié)合。該 Simulink 模型用于捕獲電網(wǎng)在接入電廠處的阻抗和動(dòng)態(tài)特性。使用 Simulink S-Function，他們集成了風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型。該模型是用專有工具開發(fā)的，由 Vestas 的另一個(gè)小組打包為 DLL。 在使用此系統(tǒng)模型運(yùn)行閉環(huán)仿真，并運(yùn)行檢查以確保其符合基于 MathWorks 汽車咨詢委員會(huì) (MAAB) 規(guī)范的建模標(biāo)準(zhǔn)后，工程師會(huì)將控制模型簽入一個(gè) Git 倉(cāng)庫(kù)中。模型簽入會(huì)觸發(fā)一個(gè) Jenkins 作業(yè)，運(yùn)行之前使用 Simulink Test 開發(fā)的測(cè)試用例，以及電力工程師創(chuàng)建的其他基于仿真的測(cè)試和另一輪建模規(guī)范合規(guī)性檢查。 如果控制模型通過了所有測(cè)試和檢查，Jenkins 將調(diào)用 Embedded Coder [1]從該模型中生成 C++ 代碼。生成的 C++ 代碼會(huì)被編譯為一個(gè) DLL 文件，而該文件會(huì)在 PSCAD 中用于運(yùn)行整個(gè)電廠及其控制軟件的仿真。 Vestas 使用這些仿真向輸電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商展示在正常情況下以及存在電壓降、振蕩和其他擾動(dòng)的情況下電廠在接入電網(wǎng)時(shí)的運(yùn)作情況。最后，在目標(biāo)工業(yè)控制系統(tǒng)上對(duì)生成的代碼進(jìn)行測(cè)試，然后再將其部署到生產(chǎn)中。▼結(jié)果

生成無問題的可靠代碼。

“如果我們控制系統(tǒng)的性能未達(dá)到應(yīng)有的標(biāo)準(zhǔn)，我們將面臨處罰，”Nielsen 說道。“借助 Simulink 和 Embedded Coder，我們很快了解到，我們生成的代碼值得信賴。事實(shí)上，我們迄今尚未發(fā)現(xiàn)任何問題?！?/p>

自動(dòng)執(zhí)行多站點(diǎn) CI 工作流。

“我們?cè)谌蛴袛?shù)十名工程師在同一個(gè)模型上并行工作，需要進(jìn)行大量代碼合并，”Nielsen 說。“使用基于模型的設(shè)計(jì)和持續(xù)集成 (CI)，我們縮短了迭代和自動(dòng)化測(cè)試過程的時(shí)間?！?/p>

避免受制于硬件。

“過去，我們通過為 PLC 平臺(tái)編寫自定義結(jié)構(gòu)化文本來開發(fā)控制器，這意味著我們被該平臺(tái)牢牢掣肘，”Nielsen 說道?！叭缃?，我們可從 Simulink 模型中生成可移植的 C++ 代碼，這讓我們能夠靈活地使用替代的工業(yè)控制平臺(tái)。”


審核編輯 ：李倩