雙饋風(fēng)電仿真系統(tǒng)及其電路仿真模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙饋風(fēng)電仿真系統(tǒng)及其電路仿真模塊，屬于電力【技術(shù)領(lǐng)域】，解決了現(xiàn)有的雙饋風(fēng)電仿真系統(tǒng)的仿真精度較低的技術(shù)問題。該雙饋風(fēng)電仿真系統(tǒng)的電路仿真模塊，包括第一處理器和第二處理器，其中，所述第一處理器為并行處理器；所述第一處理器中模擬的模型包括電網(wǎng)側(cè)變流器模型、發(fā)電機(jī)側(cè)變流器模型、雙饋電機(jī)模型和速度傳感器模型。本發(fā)明可用于雙饋風(fēng)電仿真系統(tǒng)。
【專利說明】雙饋風(fēng)電仿真系統(tǒng)及其電路仿真模塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說，涉及一種雙饋風(fēng)電仿真系統(tǒng)及其電路仿真 模塊。

【背景技術(shù)】
[0002] 交流勵(lì)磁雙饋感應(yīng)電機(jī)的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)（簡稱雙饋風(fēng)電系統(tǒng)）具有成本 低、體積小、功率損耗低等優(yōu)點(diǎn)，因此已被十分廣泛的應(yīng)用。但是，雙饋風(fēng)電系統(tǒng)面對電網(wǎng)的 特殊工況時(shí)，比如電壓跌落、恢復(fù)等，電機(jī)的電流、磁通等參數(shù)都會(huì)大范圍快速變化，暫態(tài)過 程極其復(fù)雜，對雙饋風(fēng)電系統(tǒng)的變流環(huán)節(jié)的性能將形成嚴(yán)峻考驗(yàn)。為了保證風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 安全可靠，雙饋風(fēng)電系統(tǒng)的變流控制器的開發(fā)必須基于嚴(yán)格的試驗(yàn)基礎(chǔ)，然而由于雙饋風(fēng) 電系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行環(huán)境的特殊性與復(fù)雜性，所以其現(xiàn)場調(diào)試與試驗(yàn)成本很高，且試驗(yàn)周期長。 因此，建立雙饋風(fēng)電仿真系統(tǒng)，可為雙饋風(fēng)電系統(tǒng)的變流器產(chǎn)品的分析、設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供有 效的幫助和依據(jù)。
[0003] 如圖1所示，雙饋風(fēng)電系統(tǒng)的變流電路主要包括電網(wǎng)、電網(wǎng)側(cè)輸出、電網(wǎng)側(cè)變流 器、直流環(huán)節(jié)、發(fā)電機(jī)側(cè)變流器、有源撬棒電路（Crowbar)、雙饋電機(jī)、速度傳感器和風(fēng)機(jī)負(fù) 載。在雙饋風(fēng)電半實(shí)物仿真系統(tǒng)中，要利用處理器將上述各部分分別建立數(shù)學(xué)模型。但是， 現(xiàn)有的雙饋風(fēng)電半實(shí)物仿真系統(tǒng)中，處理器的處理速度較低，解算步長較長，一般都在25 微秒以上，導(dǎo)致仿真過程中的運(yùn)算延時(shí)較長，降低了整個(gè)雙饋風(fēng)電仿真系統(tǒng)的仿真精度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種雙饋風(fēng)電仿真系統(tǒng)及其電路仿真模塊，以解決現(xiàn)有的 雙饋風(fēng)電仿真系統(tǒng)的仿真精度較低的技術(shù)問題。
[0005] 本發(fā)明提供一種雙饋風(fēng)電仿真系統(tǒng)的電路仿真模塊，包括第一處理器和第二處理 器，其中，所述第一處理器為并行處理器；
[0006] 所述第一處理器中模擬的模型包括電網(wǎng)側(cè)變流器模型、發(fā)電機(jī)側(cè)變流器模型、雙 饋電機(jī)模型和速度傳感器模型。
[0007] 優(yōu)選的，所述并行處理器為FPGA。
[0008] 進(jìn)一步，所述第二處理器中模擬的模型包括電網(wǎng)模型和風(fēng)機(jī)負(fù)載模型。
[0009] 在第一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述第二處理器中模擬的模型還包括電網(wǎng)側(cè)輸出模型、直 流環(huán)節(jié)模型和有源Crowbar模型。
[0010] 在第二種實(shí)現(xiàn)方式中，所述第一處理器中模擬的模型還包括有源Crowbar模型； [0011] 所述第二處理器中模擬的模型還包括電網(wǎng)側(cè)輸出模型和直流環(huán)節(jié)模型。
[0012] 在第三種實(shí)現(xiàn)方式中，所述第一處理器中模擬的模型還包括直流環(huán)節(jié)模型和有源 Crowbar 模型；
[0013] 所述第二處理器中模擬的模型還包括電網(wǎng)側(cè)輸出模型。
[0014] 在第四種實(shí)現(xiàn)方式中，所述第一處理器中模擬的模型還包括電網(wǎng)側(cè)輸出模型、直 流環(huán)節(jié)模型和有源Crowbar模型。
[0015] 優(yōu)選的，所述第二處理器為串行處理器或并行處理器。
[0016] 本發(fā)明還提供一種雙饋風(fēng)電仿真系統(tǒng)，包括實(shí)物控制器、輸入輸出轉(zhuǎn)換模塊和上 述的電路仿真模塊。
[0017] 本發(fā)明帶來了以下有益效果：本發(fā)明提供的雙饋風(fēng)電仿真系統(tǒng)的電路仿真模塊 中，利用處理速度更高的并行處理器作為第一處理器，來模擬對運(yùn)算延時(shí)要求較高的電網(wǎng) 側(cè)變流器模型、發(fā)電機(jī)側(cè)變流器模型、雙饋電機(jī)模型和速度傳感器模型等模型，以縮短仿真 過程中的運(yùn)算延時(shí)，從而提高了雙饋風(fēng)電仿真系統(tǒng)的仿真精度。
[0018] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變 得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書、權(quán)利 要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要的 附圖做簡單的介紹：
[0020] 圖1是雙饋風(fēng)電系統(tǒng)的變流電路的示意圖；
[0021] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例一提供的雙饋風(fēng)電仿真系統(tǒng)的電路仿真模塊的示意圖；
[0022] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例一提供的雙饋風(fēng)電仿真系統(tǒng)的示意圖；
[0023] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例二提供的雙饋風(fēng)電仿真系統(tǒng)的示意圖；
[0024] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例三提供的雙饋風(fēng)電仿真系統(tǒng)的示意圖；
[0025] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例四提供的雙饋風(fēng)電仿真系統(tǒng)的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026] 以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此對本發(fā)明如何應(yīng)用 技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。需要說明 的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個(gè)實(shí)施例以及各實(shí)施例中的各個(gè)特征可以相互結(jié)合， 所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0027] 實(shí)施例一:
[0028] 如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種雙饋風(fēng)電仿真系統(tǒng)的電路仿真模塊，具體為 包括第一處理器11和第二處理器12的電路板。其中，第一處理器11為并行處理器，優(yōu)選 為現(xiàn)場可編程門陣列（Field Programmable Gate Array,簡稱FPGA);第二處理器12為串 行處理器。
[0029] 本實(shí)施例中，第一處理器11中模擬的模型包括電網(wǎng)側(cè)變流器模型、發(fā)電機(jī)側(cè)變流 器模型、雙饋電機(jī)模型和速度傳感器模型（參照圖1)。其中，電網(wǎng)側(cè)變流器模型中包括濾波 電感L1的模型；雙饋電機(jī)模型中包括定子接觸器Q2的模型。
[0030] 第二處理器12中模擬的模型包括電網(wǎng)模型、電網(wǎng)側(cè)輸出模型、直流環(huán)節(jié)模型、有 源Crowbar模型和風(fēng)機(jī)負(fù)載模型（參照圖1)。其中，電網(wǎng)模型中包含電壓突變（由于各種故 障引起的電壓跌落或電壓突然升高等）、諧波、頻率異常等各種電網(wǎng)特殊工況的模擬功能； 電網(wǎng)側(cè)輸出模型中包括濾波電容C1、主斷路器Q1和電網(wǎng)側(cè)接觸器K的模型；直流環(huán)節(jié)模型 中包括直流支撐電容C、預(yù)充電回路和直流斬波回路的模型。
[0031] 如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)一步還提供一種雙饋風(fēng)電仿真系統(tǒng)，包括上述電路 仿真模塊10,以及輸入輸出轉(zhuǎn)換模塊20和實(shí)物控制器30。
[0032] 電路仿真模塊10中的第一處理器11和第二處理器12可通過外圍高速 (Peripheral High Speed，簡稱PHS)總線或其他線纜連接輸入輸出轉(zhuǎn)換模塊20,輸入輸出 轉(zhuǎn)換模塊20可通過光纖、以太網(wǎng)等方式連接實(shí)物控制器30,實(shí)物控制器30用于控制實(shí)體的 雙饋電機(jī)、變流電路等設(shè)備。
[0033] 雙饋風(fēng)電仿真系統(tǒng)主要針對雙饋風(fēng)電控制器產(chǎn)品構(gòu)建，采用硬件在回路的半實(shí)物 仿真方式。顧名思義半實(shí)物仿真就是指在仿真系統(tǒng)中一部分為實(shí)物，一部分為虛擬仿真對 象，是所有仿真中置信度最高的一種仿真方法。而硬件在回路又是半實(shí)物仿真的一種方式， 即控制器為實(shí)物，被控對象為虛擬對象，這種方式主要用于控制器軟件硬件設(shè)計(jì)和測試，是 一種節(jié)約試驗(yàn)成本和縮短開發(fā)周期的方式。本發(fā)明實(shí)施例中變流電路采用虛擬的電路仿真 模型10,運(yùn)行于實(shí)時(shí)仿真單元中，用來模擬雙饋風(fēng)電的變流電路。實(shí)物控制器30采用真實(shí) 的雙饋風(fēng)電變流控制器，其核心任務(wù)是根據(jù)指令完成實(shí)時(shí)控制。電路仿真模型10與實(shí)物控 制器30之間通過采用輸入輸出轉(zhuǎn)換模塊20實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互。對其進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，實(shí) 現(xiàn)被控對象與實(shí)物控制器的閉環(huán)運(yùn)行。
[0034] 該雙饋風(fēng)電仿真系統(tǒng)的工作過程為：
[0035] 第二處理器12讀入第一處理器11的輸出信號，并通過輸入輸出轉(zhuǎn)換模塊20讀入 實(shí)物控制器30的控制信號，作為第二處理器12的輸入，根據(jù)各部分的模型計(jì)算得到第二處 理器12板的輸出，將輸出量通過輸入輸出轉(zhuǎn)換模塊20發(fā)送至實(shí)物控制器30。第一處理器 11讀入第二處理器12的輸出信號，并通過輸入輸出轉(zhuǎn)換模塊20讀入實(shí)物控制器30的控制 信號，作為第一處理器11的輸入，根據(jù)各部分的模型計(jì)算得到第一處理器11的輸出，將輸 出量通過輸入輸出轉(zhuǎn)換模塊20送給實(shí)物控制器30,從而實(shí)現(xiàn)硬件在回路閉環(huán)的驗(yàn)證。
[0036] 本發(fā)明實(shí)施例提供的雙饋風(fēng)電仿真系統(tǒng)及其電路仿真模塊中，利用處理速度更高 的并行處理器作為第一處理器11，來模擬對運(yùn)算延時(shí)要求較高的電網(wǎng)側(cè)變流器模型、發(fā)電 機(jī)側(cè)變流器模型、雙饋電機(jī)模型和速度傳感器模型等模型，其解算步長能夠達(dá)到10納秒級 另|J，以縮短仿真過程中的運(yùn)算延時(shí)，從而提高了雙饋風(fēng)電仿真系統(tǒng)的仿真精度，使雙饋風(fēng)電 仿真系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確的驗(yàn)證實(shí)物控制器。
[0037] 另一方面，風(fēng)機(jī)負(fù)載模型屬于機(jī)械模型，其參數(shù)通常不會(huì)發(fā)生突變，所以其數(shù)據(jù)交 互對處理速度的要求較低，對運(yùn)算延時(shí)的要求也較低。另外，電網(wǎng)模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有多變 性，所以對建模的靈活性要求較高。因此，本實(shí)施例中的第二處理器12采用串行處理器，其 處理速度相對較低，但程序復(fù)雜度也較低，編程更為靈活，可用于模擬風(fēng)機(jī)負(fù)載模型、電網(wǎng) 模型，以及電網(wǎng)側(cè)輸出模型、直流環(huán)節(jié)模型和有源Crowbar模型。
[0038] 因此，本發(fā)明實(shí)施例提供的雙饋風(fēng)電仿真系統(tǒng)中，采用并行處理器和串行處理器 相結(jié)合的方式來模擬電路仿真模塊，以平衡整個(gè)仿真系統(tǒng)的程序復(fù)雜度和仿真精度，從而 既能夠提高整個(gè)系統(tǒng)的仿真精度，又不會(huì)使得程序的復(fù)雜度過高而導(dǎo)致仿真系統(tǒng)的可用性 差。
[0039] 實(shí)施例二:
[0040] 本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，其不同點(diǎn)在于，如圖4所不，本實(shí)施例中，有源 Crowbar模型在第一處理器11 (并行處理器）中模擬，而不在第二處理器12 (串行處理器） 中模擬。
[0041] 本實(shí)施例中，利用并行處理器模擬有源Crowbar模型，從而使有源Crowbar模型也 能夠達(dá)到更高的處理速度，以降低其運(yùn)算延時(shí)，從而提高雙饋風(fēng)電仿真系統(tǒng)的仿真精度。
[0042] 實(shí)施例三:
[0043] 本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，其不同點(diǎn)在于，如圖5所不，本實(shí)施例中，有源 Crowbar模型和直流環(huán)節(jié)模型在第一處理器11 (并行處理器）中模擬，而不在第二處理器 12 (串行處理器）中模擬。
[0044] 本實(shí)施例中，利用并行處理器模擬有源Crowbar模型和直流環(huán)節(jié)模型，從而使有 源Crowbar模型和直流環(huán)節(jié)模型也能夠達(dá)到更高的處理速度，以降低其運(yùn)算延時(shí)，從而提 高雙饋風(fēng)電仿真系統(tǒng)的仿真精度。
[0045] 實(shí)施例四：
[0046] 本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，其不同點(diǎn)在于，如圖6所不，本實(shí)施例中，有源 Crowbar模型、電網(wǎng)側(cè)輸出模型和直流環(huán)節(jié)模型在第一處理器11 (并行處理器）中模擬，而 不在第二處理器12 (串行處理器）中模擬。
[0047] 本實(shí)施例中，利用并行處理器模擬有源Crowbar模型、電網(wǎng)側(cè)輸出模型和直流環(huán) 節(jié)模型，從而使有源Crowbar模型、電網(wǎng)側(cè)輸出模型和直流環(huán)節(jié)模型也能夠達(dá)到更高的處 理速度，以降低其運(yùn)算延時(shí)，從而提高雙饋風(fēng)電仿真系統(tǒng)的仿真精度。
[0048] 應(yīng)當(dāng)說明的是，上述各實(shí)施例中的第二處理器均采用串行處理器，用于模擬風(fēng)機(jī) 負(fù)載模型、電網(wǎng)模型等。在其他實(shí)施方式中，第二處理器也可以采用并行處理器，使風(fēng)機(jī)負(fù) 載模型、電網(wǎng)模型等模型也能夠達(dá)到更高的處理速度，以降低其運(yùn)算延時(shí)。
[0049] 雖然本發(fā)明所公開的實(shí)施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采 用的實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本 發(fā)明所公開的精神和范圍的前提下，可以在實(shí)施的形式上及細(xì)節(jié)上作任何的修改與變化， 但本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1. 一種雙饋風(fēng)電仿真系統(tǒng)的電路仿真模塊，其特征在于，包括第一處理器和第二處理 器，其中，所述第一處理器為并行處理器； 所述第一處理器中模擬的模型包括電網(wǎng)側(cè)變流器模型、發(fā)電機(jī)側(cè)變流器模型、雙饋電 機(jī)模型和速度傳感器模型。
2. 如權(quán)利要求1所述的電路仿真模塊，其特征在于，所述并行處理器為FPGA。
3. 如權(quán)利要求1所述的電路仿真模塊，其特征在于，所述第二處理器中模擬的模型包 括電網(wǎng)模型和風(fēng)機(jī)負(fù)載模型。
4. 如權(quán)利要求1所述的電路仿真模塊，其特征在于，所述第二處理器中模擬的模型還 包括電網(wǎng)側(cè)輸出模型、直流環(huán)節(jié)模型和有源Crowbar模型。
5. 如權(quán)利要求1所述的電路仿真模塊，其特征在于，所述第一處理器中模擬的模型還 包括有源Crowbar模型； 所述第二處理器中模擬的模型還包括電網(wǎng)側(cè)輸出模型和直流環(huán)節(jié)模型。
6. 如權(quán)利要求1所述的電路仿真模塊，其特征在于，所述第一處理器中模擬的模型還 包括直流環(huán)節(jié)模型和有源Crowbar模型； 所述第二處理器中模擬的模型還包括電網(wǎng)側(cè)輸出模型。
7. 如權(quán)利要求1所述的電路仿真模塊，其特征在于，所述第一處理器中模擬的模型還 包括電網(wǎng)側(cè)輸出模型、直流環(huán)節(jié)模型和有源Crowbar模型。
8. 如權(quán)利要求1所述的電路仿真模塊，其特征在于，所述第二處理器為串行處理器或 并行處理器。
9. 一種雙饋風(fēng)電仿真系統(tǒng)，其特征在于，包括實(shí)物控制器、輸入輸出轉(zhuǎn)換模塊和如權(quán)利 要求1至8任一項(xiàng)所述的電路仿真模塊。
【文檔編號】G06Q50/06GK104123172SQ201410341392
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月17日
【發(fā)明者】張宇, 王堅(jiān), 譚娟, 許為, 徐立恩, 張 杰, 應(yīng)婷, 李江紅, 陳柳松 申請人:南車株洲電力機(jī)車研究所有限公司