基于dSPACE的風(fēng)電變流器控制器測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種風(fēng)電變流器控制器的測試方法，屬于新能源并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前對風(fēng)電變流器控制器的測試方法主要有以下兩種：
[0003] 一是利用仿真軟件如Matlab/Simulink、PSCAD等進(jìn)行仿真測試，這種測試方法可 以方便制造各種試驗(yàn)工況，對控制策略進(jìn)行驗(yàn)證;然而，這種測試方法不能對控制器硬件進(jìn) 行驗(yàn)證，并且驗(yàn)證通過的控制策略需要先轉(zhuǎn)化為控制器代碼，再進(jìn)行詳細(xì)的現(xiàn)場測試，才能 夠應(yīng)用到產(chǎn)品中?？刂撇呗缘娇刂破鞔a的轉(zhuǎn)化不可避免人為操作的失誤，并且仿真中只 是驗(yàn)證部分核心控制策略，其它簡單的輔助功能仍需現(xiàn)場測試。因此，這種完全基于仿真軟 件的測試方法比較適用于新控制策略的初步評估測試。
[0004] 二是在現(xiàn)場進(jìn)行測試，這種測試方法能夠較全面地對變流器控制器的軟硬件進(jìn)行 測試，測試通過后的控制器可以直接應(yīng)用于產(chǎn)品，但對于一些極限實(shí)驗(yàn)（例如斷相、短路等 可能對變流器造成損壞的實(shí)驗(yàn)）、測試費(fèi)用比較昂貴或者試驗(yàn)條件難以搭建的試驗(yàn)(如低電 壓穿越、高電壓穿越測試、電網(wǎng)適應(yīng)性測試等），現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)測的成本過高、安全性難以確 保。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為彌補(bǔ)以上兩種測試方法的不足，本發(fā)明目的是提出了一種基于dSPACE的風(fēng)電變 流器控制器測試方法，本發(fā)明除了能夠?qū)刂扑惴ㄟM(jìn)行測試外，還能對控制器的硬件進(jìn)行 測試，并且能夠?qū)刂拼a進(jìn)行測試，方便進(jìn)行各種極限實(shí)驗(yàn)、測試費(fèi)用比較昂貴或者試驗(yàn) 條件難以搭建的試驗(yàn)。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0007] -種基于dSPACE的風(fēng)電變流器控制器測試方法，該測試方法屬于半實(shí)物仿真，其 方法為:將dSPACE配置為風(fēng)電變流器、電網(wǎng)、發(fā)電機(jī)等被控對象，通過接口電路與變流器控 制器互聯(lián)，從而對風(fēng)電變流器控制器的硬件及軟件進(jìn)行測試。其具體方法按照以下步驟進(jìn) 行：
[0008] 步驟一、利用System Generator搭建風(fēng)電變流器、電網(wǎng)、發(fā)電機(jī)等被控對象的數(shù)學(xué) 模型，并進(jìn)行測試，確保數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性。
[0009] 由于風(fēng)電變流器的開關(guān)頻率通常在2kHz~5kHz之間，為保證仿真的準(zhǔn)確性，就要 求被控對象的仿真步長為在10微秒以內(nèi)，而dSPACE配置的處理器DS1005、DS1006等主處理 器不能滿足如此小的仿真步長，只有利用FPGA板卡DS5203才能滿足10微秒以內(nèi)的仿真步 長。因此，在搭建被控對象的數(shù)學(xué)模型時(shí)，不能采用Simul ink提供的模塊，而要采用System Generator軟件將Xi Iinx公司開發(fā)的工具箱嵌入到Simul ink庫中，來進(jìn)行建模和仿真。 [0010] 步驟二、根據(jù)dSPACE的硬件接口和風(fēng)電變流器控制器的接口特性設(shè)計(jì)接口電路， 并進(jìn)行測試，確保輸入輸出接口的可靠性與準(zhǔn)確性。
[0011]由于不同控制器的接口電量范圍不一致，需要根據(jù)具體控制器具體設(shè)計(jì)。
[0012] 步驟三、將被控對象的數(shù)學(xué)模型下載至dSPACE的FPGA板卡DS5203中，變流器控制 器通過接口電路與dSPACE互聯(lián)，并搭建人機(jī)交互界面對控制器軟硬件進(jìn)行測試。
[0013] 首先對FPGA代碼進(jìn)行編譯，然后利用dSPACE的實(shí)時(shí)接口庫RTI (Real Time Interface)與Mathworks的RTW(Rea 1-Time Workshop)共同生成dSPACE需求的可執(zhí)行代碼 并下載，最后利用dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)自帶的人機(jī)交互界面開發(fā)軟件ControlDesk進(jìn)行控 制器的測試。
[0014] 本發(fā)明將dSPACE配置為風(fēng)電變流器、電網(wǎng)、發(fā)電機(jī)等被控對象，通過接口電路與變 流器控制器互聯(lián)，從而對風(fēng)電變流器控制器的硬件及軟件進(jìn)行測試。該測試方法屬于半實(shí) 物仿真，與純仿真相比，由于控制器是產(chǎn)品級的控制器，該測試方法除了能夠?qū)刂扑惴ㄟM(jìn) 行測試外，還能對控制器的硬件進(jìn)行測試，并且能夠?qū)刂拼a進(jìn)行測試；與現(xiàn)場試驗(yàn)相 比，該測試方法方便進(jìn)行各種極限實(shí)驗(yàn)、測試費(fèi)用比較昂貴或者試驗(yàn)條件難以搭建的試驗(yàn)。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明基于dSPACE的風(fēng)電變流器控制器測試方法邏輯示意圖。
[0016] 圖2為本發(fā)明基于dSPACE的雙饋風(fēng)電機(jī)組數(shù)學(xué)模型接口邏輯示意圖。
[0017] 圖3為本發(fā)明電網(wǎng)等效模型。
[0018]圖4為本發(fā)明網(wǎng)側(cè)變換器主電路。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合
【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0020] 參見圖1，本發(fā)明提出了一種基于dSPACE的風(fēng)電變流器控制器測試方法，該測試方 法將dSPACE配置為風(fēng)電變流器、電網(wǎng)、發(fā)電機(jī)等被控對象，通過接口電路與變流器控制器互 聯(lián)，從而對風(fēng)電變流器控制器的硬件及軟件進(jìn)行測試?！揪唧w實(shí)施方式】如下：
[0021] 一、被控對象數(shù)學(xué)模型的建立。
[0022] 由于雙饋機(jī)組和直驅(qū)機(jī)組的建模原理是一致的，因此下面僅以雙饋風(fēng)電機(jī)組為例 詳述被控對象的數(shù)學(xué)模型的搭建的具體過程。
[0023] dSPACE搭建的被控對象包括雙饋電機(jī)、轉(zhuǎn)子側(cè)變流器、直流環(huán)節(jié)、網(wǎng)側(cè)變流器、電 網(wǎng)。其輸入輸出接口邏輯圖如圖2所示，圖中變量含義如下:Te*:電磁轉(zhuǎn)矩;Urcitcir:轉(zhuǎn)子電壓； Ustatcxr :定子電壓;Une3t:電網(wǎng)電壓；Irotcxr :轉(zhuǎn)子電流;Istator :定子電流；Wm:轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度； :轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的機(jī)械角度;Ud。:直流母線電壓;eab。:電網(wǎng)電勢;Sr :轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制脈沖;Sn : 網(wǎng)側(cè)變換器控制脈沖，Te*為電磁轉(zhuǎn)矩，P為電機(jī)極對數(shù)，RS為電機(jī)定子電阻、R r為電機(jī)轉(zhuǎn)子電 阻。
[0024] (1)雙饋電機(jī)數(shù)學(xué)模型的建立
[0025] 定子采用發(fā)電機(jī)慣例，定子電流以流出為正;轉(zhuǎn)子采用電動機(jī)慣例，轉(zhuǎn)子電流以流 入為正。由于電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，定轉(zhuǎn)子間的互感為定轉(zhuǎn)子間相對位置角的余弦函數(shù)，因 此雙饋電機(jī)與一般感應(yīng)電機(jī)一樣具有非線性、時(shí)變性、強(qiáng)耦合的特點(diǎn)，分析和求解比較困 難。為了簡化分析和應(yīng)用，通常采用雙饋電機(jī)在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。
[0030] Tem=1.5pLm(isqird-isdirq) (5)
[0031 ] 其中，Usd、Usq、isd、isq、ltsd、ltsq分別是定子電壓、電流和磁鏈的d、q軸分量;Urd、Urq、 ird、irqUrq分別是轉(zhuǎn)子電壓、電流、磁鏈的d、q軸分量;Lm、Ls、Lr分別為互感、定轉(zhuǎn)子自感； ω 1、ω 2分別為同步角速度和轉(zhuǎn)差角速度;D為微分算子。
[0032]按照發(fā)電機(jī)慣例規(guī)定正方向，運(yùn)動方程可以表示為
[0034]上式中Tl :機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩;J:轉(zhuǎn)動慣量;Rfi:旋轉(zhuǎn)阻力系數(shù)。
[0035] (2)電網(wǎng)數(shù)學(xué)模型的建立
[0036]電網(wǎng)的等效模型可以視為一個(gè)理想三相源串聯(lián)一個(gè)電感和一個(gè)電阻，如圖3所示。 [0037] 理想三相源可以表示為：
[0039 ] 記電源電抗為L，電阻值為R，則電網(wǎng)輸出電壓可以表示為：
[00411 (3)變換器模型建立
[0042] 網(wǎng)側(cè)變換器的的主電路如圖4所示。圖中，ea、eb、ec分別為電網(wǎng)電壓；i a、ib、ic分別 為變換器交流側(cè)輸入電流;id。為變換器直流側(cè)電流;k為負(fù)載電流;Ud。為直流母線電壓;L為 進(jìn)線電感;R為包括電感電阻在內(nèi)的