CN104635512B - 基于RT‑Lab和WiGig的MMC型高压变频器实时在线仿真系统 - Google Patents

基于RT‑Lab和WiGig的MMC型高压变频器实时在线仿真系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于RT‑Lab和WiGig的MMC型高压变频器实时在线仿真系统，该系统包括上位机、目标机、控制器、MMC型高压变频器、WiGig无线通信模块。WiGig无线通信模块的通讯规范采用G.hn标准。通过RT‑LAB仿真机采集MMC型高压变频器控制单元输出信号，实现对MMC型高压变频器整流侧和逆变侧换流器的电容电压平衡控制和调制，实时化的模拟MMC型高压变频器控制单元真实设备之间实时的无线信号交互，实现对MMC型高压变频器的仿真控制。本发明有效提升了系统内各组成部分间的数据传输速率，为MMC型高压变频器的实时控制提供了大量的技术参考数据，可大大缩短MMC型高压变频器的研发周期和成本。

Description

基于RT-Lab和WiGig的MMC型高压变频器实时在线仿真系统
技术领域
本发明属于电力电子与电力传动技术领域，具体涉及一种基于RT-Lab和WiGig的MMC型高压变频器实时在线仿真系统。
背景技术
近几年，模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter，MMC)受到了越来越广泛的关注，它秉承了H桥级联结构模块化的优点，通过功率单元的级联实现多电平输出。每个功率单元由一个两电平桥臂构成，且所有的电容处于悬浮状态，由于存在公共直流母线，可采用单一直流电压而不需要多绕组变压器。MMC每个桥臂子模块可以进行有选择的控制，从而可将其等效为一个可控电压源，MMC的每相中两个桥臂的电压之和等于直流母线电压，通过控制每个桥臂子模块导通状态，就可以在输出端得到所需的正弦电压。
目前，对于高压变频器的研究多采用MATLAB/SIMULINK、PSCAD/EMTDC和PSIM等纯数字仿真软件，存在不能真实模拟变频器运行、不便于控制算法实时开发和移植等缺点。文献“郑征，崔灿，张朋.基于模块化多电平换流器的新型高压变频器拓扑及其控制[J].煤炭学报，2014，39(10)：2128-2133”基于Matlab-Simulink及RT-Lab半实物仿真设备搭建了实验平台和上位机控制器，但是该文献并未涉及WiGig无线通信技术，且上位机模型构建中并未考虑PSCAD/EMTDC与MATLAB/SIMULINK的交互仿真。
综上所述，考虑到目前高压变频器仿真存在的问题，需要一种新的变频器仿真系统以解决上述问题。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明提供了一种基于RT-Lab和WiGig的MMC型高压变频器实时在线仿真系统，该系统基于RT-Lab仿真平台和WiGig无线通信技术，实现了MMC型高压变频器的实时在线仿真。
为实现上述目的，本发明提供一种基于RT-Lab和WiGig的MMC型高压变频器实时在线仿真系统，其改进之处在于，所述系统包括依次连接的RT-Lab仿真平台、控制器、MMC型高压变频器。
其中，RT-Lab仿真平台包括上位机和目标机。目标机至少为两个，多个目标机相互之间并行运算。目标机与控制器之间通过WiGig无线通信实现数据交互传输。控制器与MMC型高压变频器之间通过WiGig无线通信实现数据交互传输。
上位机通过构建MMC型高压变频器仿真模型，向目标机发送仿真模型的可执行程序代码，同时接收目标机上传的MMC型高压变频器运行信息。
控制器接收来自目标机的控制信号，同时向MMC型高压变频器发送实时的控制指令，并接收MMC型高压变频器上传的实时运行信息。
所述上位机中构建的MMC型高压变频器仿真模型是基于PSCAD/EMTDC和MATLAB/SIMULINK交互仿真实现的，其中PSCAD/EMTDC用以搭建MMC型高压变频器的总体模型，MATLAB/SIMULINK用以设计MMC型高压变频器模型的控制器。
根据权利要求1所述的基于RT-Lab和WiGig的MMC型高压变频器实时在线仿真系统，其特征在于：基于WiGig无线通信技术实现RT-LAB仿真平台中的多个目标机之间的数据在线交互通讯。WiGig无线通信技术的通讯规范采用G.hn标准。
与现有技术相比，本发明基于RT-Lab和WiGig的MMC型高压变频器实时在线仿真系统具有以下优势：
1)采用WiGig无线通信技术，节省了设备之间原有的接线；
2)无线通信工作在60Hz频段，融合了WiFi技术，支持多平台，速率可达6G，是WiFi技术的10倍多；
3)将系统数学模型转换为可执行代码下载到实时仿真计算机中运行，有效提高了代码开发与调试的效率；
4)为MMC型高压变频器的实时控制提供了大量的技术参考数据，可大大缩短MMC型高压变频器的研发周期和成本。
附图说明
图1为本发明所述基于RT-Lab和WiGig的MMC型高压变频器实时在线仿真系统。
图2为本发明所述系统实时在线仿真的实现步骤流程图。
图3为本发明所述WiGig无线通信技术的规范架构示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步阐明本发明。
需要声明的是，本发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理启发下，可作各种修改、等同替换、或改进。但这些变更或修改均在申请待批的保护范围内。
图1为本发明所述基于RT-Lab和WiGig的MMC型高压变频器实时在线仿真系统，所述系统包括依次连接的RT-Lab仿真平台、控制器、MMC型高压变频器。
其中，RT-Lab仿真平台包括上位机和目标机。目标机至少为两个，多个目标机相互之间并行运算。目标机与控制器之间通过WiGig无线通信实现数据交互传输。控制器与MMC型高压变频器之间通过WiGig无线通信实现数据交互传输。
上位机通过构建MMC型高压变频器仿真模型，向目标机发送仿真模型的可执行程序代码，同时接收目标机上传的MMC型高压变频器运行信息。
控制器接收来自目标机的控制信号，同时向MMC型高压变频器发送实时的控制指令，并接收MMC型高压变频器上传的实时运行信息。
所述上位机中构建的MMC型高压变频器仿真模型是基于PSCAD/EMTDC和MATLAB/SIMULINK交互仿真实现的，其中PSCAD/EMTDC用以搭建MMC型高压变频器的总体模型，MATLAB/SIMULINK用以设计MMC型高压变频器模型的控制器。
所述实时在线仿真系统的实现流程如图2所示，具体步骤为：
(1)开始：理论分析、参数输入、初始化；
(2)基于PSCAD/EMTDC和MATLAB/SIMULINK，在上位机中实现MMC型高压变频器的系统建模；
(3)基于上位机、目标机，建立RT-Lab半实物实时仿真模型；目标机用于模型的实时计算、输出模拟量、接收控制器发送的脉冲信号等；上位机向目标机发送仿真模型的可执行程序代码，目标机向上位机上传实时的运行数据；
(4)RT-LAB将系统模型分割为若干个子系统模型，并分配到若干个目标机上并行运算；多个目标机相互之间实现同步、并行计算；基于WiGig无线通信，RT-LAB支持多个目标机之间的实时数据通讯。
(5)上位机实时代码的生成、并下载至目标机；
(6)目标机将实时代码转换为模拟信号，并发送至控制器；
(7)控制器根据模拟的控制信号，实时向MMC型高压变频器发生控制指令；
(8)基于实际的运行状态信息，将MMC型高压变频器的运行信息反馈至RT-Lab仿真平台，实现实时的系统参数修正；
(9)判断MMC型高压变频器系统运行是否满足要求？若是，则结束；若不是，则转至步骤(2)，修正模型参数，继续下一次迭代运算。
WiGig在免授权的60GHz频带上运行，较现行WiFi产品使用的2.4GHz和5GHz频带拥有更多的可用频谱，因此能提供更宽的通道，以支持更高的传输速度。
WiGig规范以IEEE 802.11标准为基础，定义了物理层(PHY)和媒体接入控制层(MAC)，以提供对IP网络的支持。WiGig规范也定义了协议适配层(PAL)，以支持60GHz频带上的特定数据和显示标准。如图3所示，PAL允许这些标准接口直接在WiGig MAC和PHY上执行，以实现这些标准的无线建置。
本发明通过采用RT-LAB仿真机和WiGig技术采集MMC型高压变频器控制单元输出信号，实现对MMC型高压变频器整流侧、逆变侧的换流器的电容电压的平衡控制和调制，实时化的模拟所述MMC型高压变频器控制单元真实设备之间实时的无线信号交互，模拟对MMC型高压变频器的仿真控制。

Claims (1)

1.一种基于RT-Lab和WiGig的MMC型高压变频器实时在线仿真系统，其特征在于：所述系统包括依次连接的RT-Lab仿真平台、控制器、MMC型高压变频器；
其中，RT-Lab仿真平台包括上位机和目标机；目标机至少为两个，多个目标机相互之间并行运算；目标机与控制器之间通过WiGig无线通信实现数据交互传输；控制器与MMC型高压变频器之间通过WiGig无线通信实现数据交互传输；
上位机通过构建MMC型高压变频器仿真模型，向目标机发送仿真模型的可执行程序代码，同时接收目标机上传的MMC型高压变频器运行信息；
控制器接收来自目标机的控制信号，同时向MMC型高压变频器发送实时的控制指令，并接收MMC型高压变频器上传的实时运行信息；
所述上位机中构建的MMC型高压变频器仿真模型是基于PSCAD/EMTDC和MATLAB/SIMULINK交互仿真实现的，其中PSCAD/EMTDC用以搭建MMC型高压变频器的总体模型，MATLAB/SIMULINK用以设计MMC型高压变频器模型的控制器；基于WiGig无线通信技术实现RT-LAB仿真平台中的多个目标机之间的数据在线交互通讯；WiGig无线通信技术的通讯规范采用G.hn标准。
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