一種風(fēng)電機組控制器在線實時仿真測試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種風(fēng)電機組控制器在線實時仿真測試系統(tǒng)，包括風(fēng)電機組控制器、實時仿真交互系統(tǒng)和風(fēng)電機組系統(tǒng)仿真模型；風(fēng)電機組控制器下發(fā)動作指令給實時仿真交互系統(tǒng)，實時仿真交互系統(tǒng)將接收的動作指令進行轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的動作指令傳輸給風(fēng)電機組系統(tǒng)仿真模型，風(fēng)電機組系統(tǒng)仿真模型執(zhí)行實時仿真交互系統(tǒng)傳輸?shù)膭幼髦噶?，提供風(fēng)電機組控制器所需的反饋信號，并將反饋信號通過實時仿真交互系統(tǒng)反饋給風(fēng)電機組控制器。本發(fā)明兼容通訊方式和硬接線方式，為實現(xiàn)風(fēng)電機組多種實時硬件在線仿真提供應(yīng)用平臺。利用該仿真測試系統(tǒng)可以在實驗室環(huán)境下實現(xiàn)風(fēng)電機組運行與保護特性的測試與評估，有利于新型控制算法與性能提升方案的快速試驗驗證。
【專利說明】—種風(fēng)電機組控制器在線實時仿真測試系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測試系統(tǒng)，具體涉及一種風(fēng)電機組控制器在線實時仿真測試系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)電機組性能測試評估是提高風(fēng)電機組并網(wǎng)性能的重要技術(shù)手段?，F(xiàn)有的風(fēng)電機組性能測試評估方法主要有:模型算法仿真、對拖平臺測試和現(xiàn)場測試。模型算法仿真主要是應(yīng)用Matlab/Simulink、GH Bladed和PowerFactory等仿真軟件建立風(fēng)力發(fā)電機組的模型并利用模型進行仿真分析的測試手段，該方法偏向于風(fēng)電機組設(shè)計初期，控制邏輯與策略的初步驗算，測試結(jié)果的準確度與模型準確度強相關(guān)。對拖平臺測試是利用電動機、發(fā)電機全功率模擬對拖平臺模擬實際風(fēng)電機組，然而其無法模擬風(fēng)電機組的全部工況，適應(yīng)于部分工況下風(fēng)電機組發(fā)電機、變流器控制策略開發(fā)與性能測試，且其試驗占地大、成本高。現(xiàn)場測試可以全面反映風(fēng)電機組真實性能，然而由于風(fēng)電的隨機性與波動性，現(xiàn)場受機組自身與環(huán)境的影響顯著，其試驗周期長、成本高、風(fēng)險大，不利于新型控制算法與性能提升方案的快速試驗驗證。
[0003]申請?zhí)枮?01120348789.1的實用新型雖然提供了一種用于風(fēng)力發(fā)電機主控系統(tǒng)測試的硬件在環(huán)實驗系統(tǒng)，但其風(fēng)電機組模型較為簡單，無法反應(yīng)風(fēng)電機組的實際電磁狀態(tài)；另外，其仿真模型在非實時系統(tǒng)中運行，無法保障主控系統(tǒng)與仿真模型的實時性要求，可能對測試結(jié)果帶來偏差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種風(fēng)電機組控制器在線實時仿真測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)兼容通訊方式和硬接線方式，為實現(xiàn)風(fēng)電機組多種實時硬件在線仿真提供應(yīng)用平臺。系統(tǒng)將被測風(fēng)電機組主控系統(tǒng)控制器、變槳控制器和變流器的控制器與風(fēng)電機組系統(tǒng)仿真模型通過實時仿真交互系統(tǒng)實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)交互運行與仿真，為被測風(fēng)電機組控制器仿真模擬最大程度的真實運行環(huán)境，通過被測風(fēng)電機組控制器的外部硬件和內(nèi)部數(shù)據(jù)的表現(xiàn)和對數(shù)據(jù)的分析達到對風(fēng)電機組控制器控制和測試的目的。同時，利用實測數(shù)據(jù)對風(fēng)電機組系統(tǒng)仿真模型進行校核，得到較為準確的風(fēng)電機組系統(tǒng)仿真模型，利用風(fēng)電機組控制器在線實時仿真測試系統(tǒng)仿真評估風(fēng)電機組運行與并網(wǎng)特性。利用該仿真測試系統(tǒng)可以在實驗室環(huán)境下實現(xiàn)風(fēng)電機組運行與保護特性的測試與評估，有利于新型控制算法與性能提升方案的快速試驗驗證。
[0005]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:
[0006]提供一種風(fēng)電機組控制器在線實時仿真測試系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括風(fēng)電機組控制器、實時仿真交互系統(tǒng)和風(fēng)電機組系統(tǒng)仿真模型；所述風(fēng)電機組控制器下發(fā)動作指令給所述實時仿真交互系統(tǒng)，所述實時仿真交互系統(tǒng)將接收的動作指令進行轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的動作指令傳輸給所述風(fēng)電機組系統(tǒng)仿真模型，所述風(fēng)電機組系統(tǒng)仿真模型執(zhí)行實時仿真交互系統(tǒng)傳輸?shù)膭幼髦噶睿峁╋L(fēng)電機組控制器所需的反饋信號，并將反饋信號通過所述實時仿真交互系統(tǒng)反饋給所述風(fēng)電機組控制器。
[0007]所述風(fēng)電機組控制器包括風(fēng)電機組主控系統(tǒng)、變流器控制系統(tǒng)和風(fēng)電機組變槳系統(tǒng)。
[0008]所述風(fēng)電機組主控系統(tǒng)包括主控系統(tǒng)控制器及第一外圍接口與供電電路；
[0009]所述主控系統(tǒng)控制器為所述風(fēng)電機組主控系統(tǒng)的核心，主要采用PLC控制器或微處理器，對風(fēng)電機組主控程序的執(zhí)行和風(fēng)電機組運行及保護的全過程進行控制；
[0010]所述第一外圍接口與供電電路主要包括硬接線I/0、Modbus串口通信、Canopen通信、RS485串口通信、Modbus TCP通信接口以及交流110V、交流220V、直流24V和直流5V供電電路。
[0011]所述變流器控制系統(tǒng)包括變流器的控制器及第二外圍接口與供電電路；
[0012]所述變流器的控制器是變流器控制系統(tǒng)的核心，其采用DSP處理器、FPGA處理器或DSP處理器和FPGA處理器結(jié)合的形式，負責(zé)變流器核心算法的執(zhí)行和變流器PWM調(diào)制信號的發(fā)生與保護；
[0013]所述第二外圍接口與供電電路主要包括硬接線I/0、Modbus串口通信、RS485串口通信接口以及交流220V、直流24V和直流5V供電電路。
[0014]所述風(fēng)電機組變槳系統(tǒng)包括變槳控制器及第三外圍接口與供電電路，所述變槳控制器是風(fēng)電機組變槳系統(tǒng)的核心，主要采用PLC控制器或微處理器，負責(zé)變槳系統(tǒng)核心算法的執(zhí)行和變槳系統(tǒng)動作指令的上傳與下發(fā)；
[0015]所述第三外圍接口與供電電路主要包括硬接線I/0、Modbus串口通信、Modbus TCP通信接口以及交流110V、交流220V和直流24V供電電路。
[0016]所述風(fēng)電機組控制器下發(fā)的動作指令包括風(fēng)電機組動作指令、變流器動作指令和變槳系統(tǒng)動作指令。
[0017]所述實時仿真交互系統(tǒng)包括接口轉(zhuǎn)換模塊和實時仿真系統(tǒng)；完成風(fēng)電機組控制器與風(fēng)電機組系統(tǒng)仿真模型之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移、傳輸與存儲，定制風(fēng)電機組的控制與保護邏輯，在實時仿真系統(tǒng)中完成風(fēng)電機組的實時仿真與運行。
[0018]所述接口轉(zhuǎn)換模塊包括依次連接的接收器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和適配器；所述接收器一端通過硬接線與風(fēng)電機組控制器連接，另一端連接數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器；所述適配器一端與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器連接，另一端通過硬接線或PCB板卡與所述實時仿真系統(tǒng)連接；
[0019]所述接收器與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器之間、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和適配器之間均通過可插拔形式連接。
[0020]所述實時仿真系統(tǒng)由仿真執(zhí)行主機和仿真控制主機組成；
[0021]所述仿真執(zhí)行主機選用高性能工控機；所述高性能工控機包括CPU控制模塊、IO模塊和通訊模塊，且需要安裝實時操作系統(tǒng)，以保障系統(tǒng)仿真的高實時性和真實性；
[0022]所述仿真控制主機對實時仿真系統(tǒng)中全部參數(shù)進行設(shè)定，通過網(wǎng)絡(luò)引擎的消息機制對仿真執(zhí)行主機的模型進行在線和實驗預(yù)設(shè)值，支持點選式的實驗任務(wù)和實驗序列進行選擇與配置，提供友好的人機交互界面。
[0023]所述風(fēng)電機組系統(tǒng)仿真模型包括風(fēng)速模型、風(fēng)力機模型、柔性傳動鏈模型、發(fā)電機模型和電網(wǎng)模型；[0024]所述風(fēng)速模型采用隨機風(fēng)速生成或采用實測數(shù)據(jù)；
[0025]所述風(fēng)力機模型和柔性傳動鏈模型均采用有限元建模方法，反映風(fēng)電機組在運行與保護期間載荷與受力情況，用于研究系統(tǒng)各構(gòu)件間的相對空間運動與構(gòu)件彈性變形相互影響和稱合；
[0026]所述發(fā)電機模型采用5階電磁暫態(tài)模型，所述5階電磁暫態(tài)模型包括定子模型、轉(zhuǎn)子模型和傳動模型；
[0027]所述電網(wǎng)模型采用理想電壓源與系統(tǒng)等效阻抗的串聯(lián)模型。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0029](I)該系統(tǒng)中風(fēng)電機組控制器與風(fēng)電機組系統(tǒng)仿真模型的數(shù)據(jù)交互與仿真在實時操作系統(tǒng)中完成，極大程度地保障了系統(tǒng)試驗與檢測的實時性與真實性。
[0030](2)該系統(tǒng)可在實驗室環(huán)境下進行風(fēng)電機組主控系統(tǒng)控制器、變槳系統(tǒng)控制器和變流器系統(tǒng)控制器程序的設(shè)計與調(diào)試，并可快速的進行程序控制性能、保護性能、健壯性和穩(wěn)定性等試驗驗證，大大減輕了風(fēng)電機組控制系統(tǒng)研發(fā)成本，縮短了風(fēng)電機組控制系統(tǒng)研發(fā)周期。
[0031 ] (3)最大程度的仿真模擬了風(fēng)電機組真實運行環(huán)境，可以進行風(fēng)電機組載荷、功率曲線、電能質(zhì)量、功率控制、電網(wǎng)適應(yīng)性與低電壓穿越性能測試與評估，為風(fēng)電機組運行特性測試與評估提供了重要的技術(shù)手段。
[0032](4)風(fēng)電機組主控系統(tǒng)控制器、變槳系統(tǒng)控制器和變流器系統(tǒng)控制器反映了最為真實的風(fēng)電機組控制系統(tǒng)特性，因此可利用其進行風(fēng)電機組更換控制系統(tǒng)后的運行特性測試與評估。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1是本發(fā)明實施例中風(fēng)電機組控制器在線實時仿真測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0034]圖2是本發(fā)明實施例中接口轉(zhuǎn)換模塊示意圖；
[0035]圖3是本發(fā)明實施例中實時仿真系統(tǒng)多引擎系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)圖；
[0036]圖4是本發(fā)明實施例中風(fēng)電機組系統(tǒng)仿真模型結(jié)構(gòu)圖；
[0037]圖5是本發(fā)明實施例中風(fēng)電機組低電壓穿越測試序列示意圖；
[0038]圖6是本發(fā)明實施例中風(fēng)電機組低電壓穿越測試期間發(fā)電機轉(zhuǎn)矩指令測試曲線圖；
[0039]圖7是本發(fā)明實施例中風(fēng)電機組低電壓穿越測試期間有功功率測試曲線圖；
[0040]圖8是本發(fā)明實施例中風(fēng)電機組低電壓穿越測試期間發(fā)電機轉(zhuǎn)速測試曲線圖。
【具體實施方式】
[0041]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0042]本發(fā)明提供一種風(fēng)電機組控制器在線實時仿真測試系統(tǒng)，將被測風(fēng)電機組主控系統(tǒng)控制器、變槳系統(tǒng)控制器和變流器系統(tǒng)控制器與風(fēng)電機組系統(tǒng)仿真模型通過實時仿真交互系統(tǒng)實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)交互運行與仿真，最大限度的保證了系統(tǒng)仿真的真實性與實時性，為被測風(fēng)電機組控制器最大程度地提供了真實運行環(huán)境。利用該仿真測試系統(tǒng)可在實驗室環(huán)境下測試風(fēng)電機組控制器，實現(xiàn)風(fēng)電機組運行與保護特性的測試與評估，有利于新型控制算法與性能提升方案的快速試驗驗證，特別適用于風(fēng)電機組更換主控系統(tǒng)后的性能測試與評估。
[0043]如圖1，風(fēng)電機組控制器在線實時仿真測試系統(tǒng)包括風(fēng)電機組控制器、實時仿真交互系統(tǒng)和風(fēng)電機組系統(tǒng)仿真模型；所述風(fēng)電機組控制器下發(fā)動作指令給所述實時仿真交互系統(tǒng)，所述實時仿真交互系統(tǒng)將接收的動作指令進行轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的動作指令傳輸給所述風(fēng)電機組系統(tǒng)仿真模型，所述風(fēng)電機組系統(tǒng)仿真模型執(zhí)行實時仿真交互系統(tǒng)傳輸?shù)膭幼髦噶睿M風(fēng)電機組正常運行及各種保護狀態(tài)，提供各種狀態(tài)下的風(fēng)電機組控制器所需的反饋信號，并將反饋信號通過所述實時仿真交互系統(tǒng)反饋給所述風(fēng)電機組控制器。
[0044]所述風(fēng)電機組控制器包括風(fēng)電機組主控系統(tǒng)、變流器控制系統(tǒng)和風(fēng)電機組變槳系統(tǒng)。
[0045]所述風(fēng)電機組主控系統(tǒng)包括主控系統(tǒng)控制器及第一外圍接口與供電電路；
[0046]所述主控系統(tǒng)控制器為所述風(fēng)電機組主控系統(tǒng)的核心，主要采用Mita、BeckhofT、Bachmann、B&R等的PLC控制器或微處理器，對風(fēng)電機組主控程序的執(zhí)行和風(fēng)電機組運行及保護的全過程進行控制；
[0047]所述第一外圍接口與供電電路主要包括硬接線I/0、Modbus串口通信、Canopen通信、RS485串口通信、Modbus TCP通信接口以及交流110V、交流220V、直流24V和直流5V供電電路。
[0048]所述變流器控制系統(tǒng)包括變流器的控制器及第二外圍接口與供電電路；
[0049]所述變流器的控制器是變流器控制系統(tǒng)的核心，其采用DSP處理器、FPGA處理器或DSP處理器和FPGA處理器結(jié)合的形式，負責(zé)變流器核心算法的執(zhí)行和變流器PWM調(diào)制信號的發(fā)生與保護；
[0050]所述第二外圍接口與供電電路主要包括硬接線I/0、Modbus串口通信、RS485串口通信接口以及交流220V、直流24V和直流5V供電電路。
[0051 ] 所述風(fēng)電機組變槳系統(tǒng)包括變槳控制器及第三外圍接口與供電電路，所述變槳控制器是風(fēng)電機組變槳系統(tǒng)的核心，主要采用PLC控制器或微處理器，負責(zé)變槳系統(tǒng)核心算法的執(zhí)行和變槳系統(tǒng)動作指令的上傳與下發(fā)；
[0052]所述第三外圍接口與供電電路主要包括硬接線I/0、Modbus串口通信、Modbus TCP通信接口以及交流110V、交流220V和直流24V供電電路。
[0053]所述風(fēng)電機組控制器下發(fā)的動作指令包括風(fēng)電機組動作指令、變流器動作指令和變槳系統(tǒng)動作指令。
[0054]所述實時仿真交互系統(tǒng)包括接口轉(zhuǎn)換模塊和實時仿真系統(tǒng)；完成風(fēng)電機組控制器與風(fēng)電機組系統(tǒng)仿真模型之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移、傳輸與存儲，定制風(fēng)電機組的控制與保護邏輯，在實時仿真系統(tǒng)中完成風(fēng)電機組的實時仿真與運行。
[0055]如圖2，接口轉(zhuǎn)換模塊包括依次連接的接收器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和適配器；所述接收器一端通過硬接線與風(fēng)電機組控制器連接，另一端連接數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器；所述適配器一端與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器連接，另一端通過硬接線或PCB板卡與所述實時仿真系統(tǒng)連接；
[0056]所述接收器與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器之間、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和適配器之間均通過可插拔形式連接，可靠性高，支持20000次以上插拔。可以提供被測對象和測試儀器間的電氣連接，可同時連接大量的不同種類的信號，如數(shù)字、模擬、射頻、功率、光纖、熱電偶等。[0057]所述實時仿真系統(tǒng)由仿真執(zhí)行主機和仿真控制主機組成；
[0058]所述仿真執(zhí)行主機選用高性能工控機；所述高性能工控機包括CPU控制模塊、IO模塊和通訊模塊，且需要安裝實時操作系統(tǒng)(RTOS)，以保障系統(tǒng)仿真的高實時性和真實性；
[0059]所述仿真控制主機對實時仿真系統(tǒng)中全部參數(shù)進行設(shè)定，通過網(wǎng)絡(luò)引擎的消息機制對仿真執(zhí)行主機的模型進行在線和實驗預(yù)設(shè)值，支持點選式的實驗任務(wù)和實驗序列進行選擇與配置，提供友好的人機交互界面。
[0060]仿真執(zhí)行主機是整個系統(tǒng)的核心單元，完成實驗數(shù)據(jù)產(chǎn)生，模型實時仿真和硬件輸出的主體功能。其主要實現(xiàn)各主控系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)的控制原理程序；實現(xiàn)數(shù)據(jù)量到IO轉(zhuǎn)化和硬接線輸出，完成通訊協(xié)議程序編制和通訊硬接線輸出；實現(xiàn)風(fēng)電機組冷卻系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、潤滑模型、偏航模型、剎車系統(tǒng)、溫升系統(tǒng)、安全鏈等可配置的簡易模型，并提供風(fēng)電機組系統(tǒng)仿真模型接口(dll.);實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)交互和在線數(shù)據(jù)修改功能。同時，仿真主機負責(zé)調(diào)用引擎管理機制管理數(shù)據(jù)采集引擎模塊、序列執(zhí)行模塊、模型運行模塊、數(shù)據(jù)資源管理模塊，完成與系統(tǒng)仿真模型的數(shù)據(jù)交互、序列執(zhí)行、試驗參數(shù)流程化設(shè)置、條件判別、分析算法添加和硬件自定義映射功能。
[0061]實時仿真系統(tǒng)程序架構(gòu)設(shè)計采用多引擎托管式的設(shè)計模式，如圖3所示。主程序調(diào)用并管理多個功能性質(zhì)的引擎，由引擎管理功能實現(xiàn)子線程，實現(xiàn)各模塊間的功能協(xié)作。仿真主機初始化本地資源后完成系統(tǒng)的環(huán)境檢查，調(diào)用網(wǎng)絡(luò)引擎以等待數(shù)據(jù)互聯(lián)請求；調(diào)用模型引擎以等待模型的加載與調(diào)用請求；調(diào)用數(shù)據(jù)采集引擎以等待數(shù)據(jù)采集任務(wù)的加載；調(diào)用序列引擎準備執(zhí)行相關(guān)測試用例。之后數(shù)據(jù)庫建立與系統(tǒng)仿真模型基于內(nèi)存共享的高速數(shù)據(jù)通信，將模型輸出數(shù)據(jù)按照既定的數(shù)據(jù)格式緩存在數(shù)據(jù)存儲區(qū)，以供其他引擎間數(shù)據(jù)共享的需要。同時錯誤監(jiān)控機制打開，高優(yōu)先級處理整個程序的錯誤狀態(tài)。
[0062]如圖4，所述風(fēng)電機組系統(tǒng)仿真模型包括風(fēng)速模型、風(fēng)力機模型、柔性傳動鏈模型、發(fā)電機模型和電網(wǎng)模型；
[0063]所述風(fēng)速模型采用隨機風(fēng)速生成或采用實測數(shù)據(jù)；
[0064]所述風(fēng)力機模型和柔性傳動鏈模型均采用有限元建模方法，反映風(fēng)電機組在運行與保護期間載荷與受力情況，用于研究系統(tǒng)各構(gòu)件間的相對空間運動與構(gòu)件彈性變形相互影響和稱合；
[0065]柔性傳動鏈模型認為風(fēng)電機組傳動鏈低速軸與高速軸是柔性的，它允許風(fēng)輪轉(zhuǎn)子和發(fā)電機轉(zhuǎn)子有各自的旋轉(zhuǎn)自由度，風(fēng)輪轉(zhuǎn)子的加速度依賴于氣動轉(zhuǎn)矩和低速軸轉(zhuǎn)矩的不平衡，發(fā)電機轉(zhuǎn)子的加速度依賴于高速軸轉(zhuǎn)矩和發(fā)電機加載轉(zhuǎn)矩之間的不平衡，其綜合考慮到系統(tǒng)機電暫態(tài)的準確性與仿真速度，柔性傳動鏈模型既需滿足機電暫態(tài)仿真需要，又要極大程度的接近傳動鏈的實際情況。
[0066]所述發(fā)電機模型采用5階電磁暫態(tài)模型，所述5階電磁暫態(tài)模型包括定子模型、轉(zhuǎn)子模型和傳動模型；
[0067]所述電網(wǎng)模型采用理想電壓源與系統(tǒng)等效阻抗的串聯(lián)模型。
[0068]風(fēng)電機組系統(tǒng)仿真模型可以是基于單一建模環(huán)境的風(fēng)電機組模型，如Matlab/Simulink 模型、GH Bladed 模型、PowerFactory Digsilent 模型和 Pscad/Emtdc 模型；也可以是以上多個模型的聯(lián)合仿真模型，如GH Bladed+Matlab/Simulink聯(lián)合仿真模型、PowerFactory Digsi lent+Matlab/Simul ink聯(lián)合仿真模型等。風(fēng)電機組系統(tǒng)仿真模型為實時仿真交互系統(tǒng)提供主控系統(tǒng)正常執(zhí)行所需要的一些反饋信號，如發(fā)電機轉(zhuǎn)速、風(fēng)速等信息；同時接收風(fēng)電機組控制系統(tǒng)經(jīng)實時仿真交互系統(tǒng)下達的指令信息，如發(fā)電機加載轉(zhuǎn)矩、風(fēng)電機組變槳指令等。
[0069]利用風(fēng)電機組運行特性實時仿真測試平臺可以在實驗室環(huán)境下進行風(fēng)電機組功能特性、保護特性與運行性能測試。通過控制主機設(shè)置風(fēng)電機組低電壓穿越測試的初始值，具體包括風(fēng)速、電壓幅度、系統(tǒng)延時等參數(shù)，基于電機組運行特性實時仿真測試平臺的風(fēng)電機組低電壓穿越測試序列示意圖如圖5所示，通過上位機更改測試平臺風(fēng)速與電壓幅度信息，實現(xiàn)風(fēng)電機組在大風(fēng)與小風(fēng)情況下的低電壓穿越測試。測試過程中風(fēng)電機組發(fā)電機轉(zhuǎn)矩指令值、輸出有功功率曲線和發(fā)電機轉(zhuǎn)速分別如圖6?圖8所示。
[0070]最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對本發(fā)明的【具體實施方式】進行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)電機組控制器在線實時仿真測試系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)包括風(fēng)電機組控制器、實時仿真交互系統(tǒng)和風(fēng)電機組系統(tǒng)仿真模型；所述風(fēng)電機組控制器下發(fā)動作指令給所述實時仿真交互系統(tǒng)，所述實時仿真交互系統(tǒng)將接收的動作指令進行轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的動作指令傳輸給所述風(fēng)電機組系統(tǒng)仿真模型，所述風(fēng)電機組系統(tǒng)仿真模型執(zhí)行實時仿真交互系統(tǒng)傳輸?shù)膭幼髦噶?，提供風(fēng)電機組控制器所需的反饋信號，并將反饋信號通過所述實時仿真交互系統(tǒng)反饋給所述風(fēng)電機組控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電機組控制器在線實時仿真測試系統(tǒng)，其特征在于:所述風(fēng)電機組控制器包括風(fēng)電機組主控系統(tǒng)、變流器控制系統(tǒng)和風(fēng)電機組變槳系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)電機組控制器在線實時仿真測試系統(tǒng)，其特征在于:所述風(fēng)電機組主控系統(tǒng)包括主控系統(tǒng)控制器及第一外圍接口與供電電路； 所述主控系統(tǒng)控制器為所述風(fēng)電機組主控系統(tǒng)的核心，主要采用PLC控制器或微處理器，對風(fēng)電機組主控程序的執(zhí)行和風(fēng)電機組運行及保護的全過程進行控制； 所述第一外圍接口與供電電路主要包括硬接線I/O、Modbus串口通信、Canopen通信、RS485串口通信、Modbus TCP通信接口以及交流110V、交流220V、直流24V和直流5V供電電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)電機組控制器在線實時仿真測試系統(tǒng)，其特征在于:所述變流器控制系統(tǒng)包括變流器的控制器及第二外圍接口與供電電路； 所述變流器的控制器是變流器控制系統(tǒng)的核心，其采用DSP處理器、FPGA處理器或DSP處理器和FPGA處理器結(jié)合的形式，負責(zé)變流器核心算法的執(zhí)行和變流器PWM調(diào)制信號的發(fā)生與保護； 所述第二外圍接口與供電電路主要包括硬接線I/0、Modbus串口通信、RS485串口通信接口以及交流220V、直流24V和直流5V供電電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)電機組控制器在線實時仿真測試系統(tǒng)，其特征在于:所述風(fēng)電機組變槳系統(tǒng)包括變槳控制器及第三外圍接口與供電電路，所述變槳控制器是風(fēng)電機組變槳系統(tǒng)的核心，主要采用PLC控制器或微處理器，負責(zé)變槳系統(tǒng)核心算法的執(zhí)行和變槳系統(tǒng)動作指令的上傳與下發(fā)； 所述第三外圍接口與供電電路主要包括硬接線I/O、Modbus串口通信、Modbus TCP通信接口以及交流110V、交流220V和直流24V供電電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)電機組控制器在線實時仿真測試系統(tǒng)，其特征在于:所述風(fēng)電機組控制器下發(fā)的動作指令包括風(fēng)電機組動作指令、變流器動作指令和變槳系統(tǒng)動作指令。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電機組控制器在線實時仿真測試系統(tǒng)，其特征在于:所述實時仿真交互系統(tǒng)包括接口轉(zhuǎn)換模塊和實時仿真系統(tǒng)；完成風(fēng)電機組控制器與風(fēng)電機組系統(tǒng)仿真模型之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移、傳輸與存儲，定制風(fēng)電機組的控制與保護邏輯，在實時仿真系統(tǒng)中完成風(fēng)電機組的實時仿真與運行。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的風(fēng)電機組控制器在線實時仿真測試系統(tǒng)，其特征在于:所述接口轉(zhuǎn)換模塊包括依次連接的接收器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和適配器；所述接收器一端通過硬接線與風(fēng)電機組控制器連接，另一端連接數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器；所述適配器一端與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器連接，另一端通過硬接線或PCB板卡與所述實時仿真系統(tǒng)連接；所述接收器與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器之間、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和適配器之間均通過可插拔形式連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的風(fēng)電機組控制器在線實時仿真測試系統(tǒng)，其特征在于:所述實時仿真系統(tǒng)由仿真執(zhí)行主機和仿真控制主機組成； 所述仿真執(zhí)行主機選用高性能工控機；所述高性能工控機包括CPU控制模塊、IO模塊和通訊模塊，且需要安裝實時操作系統(tǒng)，以保障系統(tǒng)仿真的高實時性和真實性； 所述仿真控制主機對實時仿真系統(tǒng)中全部參數(shù)進行設(shè)定，通過網(wǎng)絡(luò)引擎的消息機制對仿真執(zhí)行主機的模型進行在線和實驗預(yù)設(shè)值，支持點選式的實驗任務(wù)和實驗序列進行選擇與配置，提供友好的人機交互界面。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電機組控制器在線實時仿真測試系統(tǒng)，其特征在于:所述風(fēng)電機組系統(tǒng)仿真模型包括風(fēng)速模型、風(fēng)力機模型、柔性傳動鏈模型、發(fā)電機模型和電網(wǎng)模型； 所述風(fēng)速模型采用隨機風(fēng)速生成或采用實測數(shù)據(jù)； 所述風(fēng)力機模型和柔性傳動鏈模型均采用有限元建模方法，反映風(fēng)電機組在運行與保護期間載荷與受力情況，用于研究系統(tǒng)各構(gòu)件間的相對空間運動與構(gòu)件彈性變形相互影響和奉禹合； 所述發(fā)電機模型采用5階電磁暫態(tài)模型，所述5階電磁暫態(tài)模型包括定子模型、轉(zhuǎn)子模型和傳動模型； 所述電網(wǎng)模型采用理想電壓源與系統(tǒng)等效阻抗的串聯(lián)模型。
【文檔編號】G05B23/02GK103970128SQ201410222148
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月23日
【發(fā)明者】秦世耀, 王瑞明, 李少林, 孫勇, 陳晨, 張金平 申請人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學(xué)研究院, 中電普瑞張北風(fēng)電研究檢測有限公司