Vestas Wind Systems A/S 在 80 個國家/地區(qū)安裝了 6.6 萬臺以上的渦輪（總裝機容量超過 100 GW），是風電裝機量最多的公司。Vestas 的工程師使用基于模型的設計和持續(xù)集成 (CI) 來開發(fā)電廠控制軟件，并向 Vestas 客戶和電網(wǎng)運營商證明符合電網(wǎng)規(guī)范。 Vestas Wind Systems A/S 的控制系統(tǒng)軟件架構師 Per Hagen Nielsen 說道：“電網(wǎng)運營商希望了解電廠運作情況的仿真，以及控制代碼是否與仿真一一匹配。”目前，能夠展示這一點的公司鳳毛麟角，而 Vestas 就是其中之一。這是因為我們使用了基于模型的設計，通過 MATLAB 和 Simulink 對電廠控制系統(tǒng)進行建模和仿真，然后使用這些相同的模型生成 C++ 代碼，用于系統(tǒng)級仿真和生產(chǎn)。”

“借助 Simulink 和 Embedded Coder，我們可以向客戶和電網(wǎng)運營商展示仿真，其中包含將在我們的電廠控制器中運行的實際代碼。這正是電網(wǎng)運營商所需要的，它讓 Vestas 比仍在使用傳統(tǒng)方法的競爭對手更有優(yōu)勢。” —— Per Hagen Nielsen，Vestas

▼挑戰(zhàn)在采用基于模型的設計進行電廠控制設計之前，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規(guī)范和設計文檔交給軟件工程師，再由軟件工程師手動編寫各個組件或功能的代碼。電力工程師可以使用 PSCAD 軟件運行仿真，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 希望消除手動編碼帶來的潛在人為錯誤，同時確保其電力系統(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國家/地區(qū)的工程團隊就相同的工程（在某些情況下是相同的模型）展開協(xié)作。這支散布各地的團隊需要對模型應用版本控制，管理頻繁進行的合并，并自動執(zhí)行基于仿真的測試。為了滿足這些需求，Vestas 決定將 CI 與 Jenkins 結合使用，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管理層的支持后，Vestas 電力系統(tǒng)工程師為電廠控制設計制定了新的工作流，將 CI 和基于模型的設計與 MATLAB 和 Simulink 相結合。 當電網(wǎng)規(guī)范變更提議出臺或客戶要求提供新的功能或組件時，Vestas 的工程師會創(chuàng)建一組形式化需求。根據(jù)這些需求，一個小組使用 Simulink 和 Simulink Test 開發(fā)測試用例以用于驗證新功能，而另一個小組使用 Simulink 和 Stateflow 設計新功能。 為了創(chuàng)建用于閉環(huán)仿真的系統(tǒng)模型，第二個小組的工程師將控制模型與 Simulink 模型相結合。該 Simulink 模型用于捕獲電網(wǎng)在接入電廠處的阻抗和動態(tài)特性。使用 Simulink S-Function，他們集成了風力發(fā)電機模型。該模型是用專有工具開發(fā)的，由 Vestas 的另一個小組打包為 DLL。 在使用此系統(tǒng)模型運行閉環(huán)仿真，并運行檢查以確保其符合基于 MathWorks 汽車咨詢委員會 (MAAB) 規(guī)范的建模標準后，工程師會將控制模型簽入一個 Git 倉庫中。模型簽入會觸發(fā)一個 Jenkins 作業(yè)，運行之前使用 Simulink Test 開發(fā)的測試用例，以及電力工程師創(chuàng)建的其他基于仿真的測試和另一輪建模規(guī)范合規(guī)性檢查。 如果控制模型通過了所有測試和檢查，Jenkins 將調用 Embedded Coder [1]從該模型中生成 C++ 代碼。生成的 C++ 代碼會被編譯為一個 DLL 文件，而該文件會在 PSCAD 中用于運行整個電廠及其控制軟件的仿真。 Vestas 使用這些仿真向輸電系統(tǒng)運營商展示在正常情況下以及存在電壓降、振蕩和其他擾動的情況下電廠在接入電網(wǎng)時的運作情況。最后，在目標工業(yè)控制系統(tǒng)上對生成的代碼進行測試，然后再將其部署到生產(chǎn)中。▼結果

生成無問題的可靠代碼。

“如果我們控制系統(tǒng)的性能未達到應有的標準，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。事實上，我們迄今尚未發(fā)現(xiàn)任何問題。”

自動執(zhí)行多站點 CI 工作流。

“我們在全球有數(shù)十名工程師在同一個模型上并行工作，需要進行大量代碼合并，”Nielsen 說。“使用基于模型的設計和持續(xù)集成 (CI)，我們縮短了迭代和自動化測試過程的時間。”

避免受制于硬件。

“過去，我們通過為 PLC 平臺編寫自定義結構化文本來開發(fā)控制器，這意味著我們被該平臺牢牢掣肘，”Nielsen 說道。“如今，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。”


審核編輯 ：李倩