CN105160972A - 一种实验室用交直流协调控制器样机实现方法及试验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种实验室用交直流协调控制器样机实现方法及试验系统，所述系统包括交直流协调控制器样机、样机管理工作站、全数字实时仿真装置和仿真试验工作站，所述交直流协调控制器样机与所述全数字实时仿真装置通过IO设备进行连接，所述交直流协调控制器样机与所述样机管理工作站通过网线进行连接，所述仿真试验工作站与所述全数字实时仿真装置通过网线进行连接。本发明采用样机的实现结构，提高实验室环境下新型控制算法仿真试验的效率，使得算法研发人员可以通过修改通用的simulink模块方便的优化改进算法。
Description
技术领域
本发明涉及一种交直流协调控制器试验系统和方法，具体涉及一种实验室用交直流协调控制器样机实现方法及试验系统。
背景技术
随着电网日新月异的发展，涌现出了许多新型的控制算法和理论，特别是针对交直流混联电网稳定控制的交直流协调控制算法的研究。研究这些算法以对日益复杂庞大电网的安全稳定进行智能和高效的控制。按照通常的开发流程，这些新型控制算法在应用于工程实际之前，需要开发相应的试验样机，并采用实时仿真方法进行仿真试验。通过仿真试验，以对算法的可靠性以及有效性进行验证，从而保证实际工程的顺利实施。
传统的试验样机开发流程及特点为：算法研究人员提供待测试算法的逻辑结构和参数；依赖成熟的控制器生产厂家生产试验样机，并由厂家开发人员在样机中编写待测试算法的实现程序；在仿真试验过程中高度依赖样机生产厂家，需要其工作人员对待测试算法的实现程序进行不断修改。该开发流程中涉及到样机仿真试验部分的工作，涉及到的单位及人员较多，协调困难，可能导致试验周期加长，该种实现结构不适用于实验室研究的特点。
实验室研究的特点表现为，其需要通过反复的、大量的仿真试验，对研究对象从多角度、多条件下进行全面测试，当测试结果不理想或发现设计缺陷时，需要对研究对象不断完善和修改，再重复进行上述试验，以期达到理想的设计效果。该特点决定了仿真试验必然是一个长周期的、不断重复的过程，如果所有的程序修改都依赖于样机厂家开发人员，试验进程必然受到一定限制。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种实验室用交直流协调控制器样机实验方法及试验系统，本发明采用样机的实现结构，提高实验室环境下新型控制算法仿真试验的效率，使得算法研发人员可以通过修改通用的simulink模块方便的优化改进算法。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
一种实验室用交直流协调控制器样机试验系统，所述系统包括交直流协调控制器样机、样机管理工作站、全数字实时仿真装置和仿真试验工作站，所述交直流协调控制器样机与所述全数字实时仿真装置通过IO设备进行连接，所述交直流协调控制器样机与所述样机管理工作站以及所述仿真试验工作站与所述全数字实时仿真装置都通过网线进行连接。
优选的，所述交直流协调控制器样机为基于LabVIEW实时仿真运行环境、以simulink为核心算法开发工具的交直流协调控制器，包括依次连接的输入板卡、实时仿真运行模块和输出板卡；所述输入板卡和所述输出板卡通过所述实时仿真运行模块进行通讯，用于对监控量的采集以及对被控量的输出。
优选的，所述实时仿真运行模块包括输入量接口配置模块、输出量接口配置模块和simulink模块，所述输入量接口配置模块和输出量接口配置模块分别对每个与所述输入板卡和所述输出板卡相连接的设备的输入量和输出量的定义，成为所述输入板卡和输出板卡与所述simulink模块的媒介；所述simulink模块采用动态链接库嵌入方式，实现所述核心算法在所述LabVIEW实时仿真运行环境中的实时运行。
优选的，所述样机管理工作站用于对所述交直流协调控制器样机的输入量和输出量的监视，创建或修改simulink模块，用于更新所述实时仿真运行模块中的simulink模块。
优选的，所述全数字实时仿真装置通过与所述交直流协调控制器样机交互，实时模拟交直流混联电网环境。
优选的，所述仿真试验工作站与所述全数字实时仿真装置相连，用于对所述全数字实时仿真装置进行仿真试验操作，以及对结果波形的分析。
优选的，一种实验室用交直流协调控制器样机实现方法，所述方法包括如下步骤：
(1)仿真试验工作站建立仿真电网模型，并将其下载到全数字实时仿真装置；
(2)所述全数字实时仿真装置发送电气量信号给交直流协调控制器样机；
(3)所述交直流协调控制器样机中的实时仿真运行模块通过电气量信号计算得出调制指令，并将其发送给所述全数字实时仿真装置。
优选的，所述步骤(3)中，所述实时仿真运行模块采用内嵌simulink核心算法模块的方式对所述全数字实时仿真装置中的交直流混联电网进行实时控制，所述simulink模块是通过样机管理工作站创建或修改的simulink模块得到的。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明采用样机的实现结构，提高实验室环境下新型控制算法仿真试验的效率，使得算法研发人员可以通过修改通用的simulink模块方便的优化改进算法，而无需重复依赖样机生产厂家人员；同时也有助于相关新研发技术的保密。
附图说明
图1是本发明提供的一种用于交直流协调控制器样机试验系统的结构图
图2是本发明提供的一种实验室用交直流协调控制器样机结构图
图3是本发明提供的一种用于交直流协调控制器样机试验方法的流程图
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示为本发明提供的一种用于交直流协调控制器样机试验系统，该系统包括交直流协调控制器样机、样机管理工作站、全数字实时仿真装置和仿真试验工作站，所述交直流协调控制器样机与所述全数字实时仿真装置通过IO设备进行连接，所述交直流协调控制器样机与所述样机管理工作站通过网线进行连接，所述仿真试验工作站与所述全数字实时仿真装置通过网线进行连接。
所述样机为所开发交直流协调控制器的实现载体，用于与全数字实时仿真装置的连接以及所开发核心算法的实时运行。
所述样机管理工作站用于对所述交直流协调控制器样机的输入量和输出量的监视，创建或修改simulink模块，用于更新所述实时仿真运行模块中的simulink模块。
所述全数字实时仿真装置通过与所述交直流协调控制器样机交互，实时模拟交直流混联电网环境。
所述仿真试验工作站与所述全数字实时仿真装置相连，用于对所述全数字实时仿真装置进行仿真试验操作，以及对结果波形的分析。
交直流协调控制器样机在实验室的应用，应便于研发人员或试验人员采用通用的开发软件对核心算法程序进行设计和修改；在仿真试验应用中，可随时将设计或修改好的核心应用嵌入基础运行平台，以对样机进行完善。
基于此，提出了以通用开发软件为核心算法之实现工具、并将基于通用开发软件所开发的核心算法嵌入至样机实时仿真环境的样机实现结构，以满足上述需求。
核心算法开发工具Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。
在电力系统应用中，新的控制理论和算法通常首先会基于通用的开发工具MATLAB实现，并采用MATLAB仿真工具进行离线仿真验证。因此，本专利首先确定用于样机核心算法开发的通用软件为matlab-simulink工具包。采用Simulink作为核心算法的开发工具，具有通用、可靠、功能完备等优点。
LabVIEW是一种在实验室得到广泛应用的实时仿真环境，由美国国家仪器(NI)公司研制开发，它是一个真正的32位/64位编译器。像许多重要的软件一样，LabVIEW提供了应用于Windows、UNIX、Linux、Macintosh等操作系统的多种版本。
LABVIEW最初是为了测试测量而设计的，经过多年的发展，LABVIEW在测试测量领域获得了广泛的承认。至今，大多数主流的测试仪器、数据采集设备都拥有专门的LabVIEW驱动程序，使用LabVIEW可以非常便捷的控制这些硬件设备。除此之外，工业控制领域常用的设备、数据线等通常也都带有相应的LabVIEW驱动程序。
LabVIEW仿真环境中提供了嵌入“.dll”动态链接库的接口，可嵌入simulink模块进行实时仿真，为本专利的样机结构设计提供了技术手段。根据LabVIEW在数据采集以及工业控制梁宇的广泛应用，采用LabVIEW搭建实时仿真运行环境，亦便于实现对各种输入输出硬件设备的配置与管理。
如图2所示为基于LabVIEW实时仿真运行环境、以simulink为核心算法开发工具的交直流协调控制器样机结构。
所述交直流协调控制器样机包括依次连接的输入板卡、实时仿真运行模块和输出板卡；所述输入板卡和所述输出板卡通过所述实时仿真运行模块进行通讯，用于对监控量的采集以及对被控量的输出。
所述实时仿真运行模块包括输入量接口配置模块、输出量接口配置模块和simulink模块，所述输入量接口配置模块和输出量接口配置模块分别对每个与所述输入板卡和所述输出板卡相连接的设备的输入量和输出量的定义，成为所述输入板卡和输出板卡与所述simulink模块的媒介；所述simulink模块采用动态链接库嵌入方式，实现所述核心算法在所述LabVIEW实时仿真运行环境中的实时运行。
如图3所示，为本发明提供的一种用于交直流协调控制器样机试验方法，该方法包括如下步骤：
1、仿真试验工作站建立仿真电网模型，并将其下载到全数字实时仿真装置；
2、所述全数字实时仿真装置发送电气量信号给交直流协调控制器样机；
3、所述交直流协调控制器样机中的实时仿真运行模块通过电气量信号计算得出调制指令，并将其发送给所述全数字实时仿真装置。
所述实时仿真运行模块采用内嵌simulink核心算法模块的方式对所述全数字实时仿真装置中的交直流混联电网进行实时操作，所述simulink模块是通过样机管理工作站创建或修改的simulink模块得到的。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种实验室用交直流协调控制器样机试验系统，其特征在于，所述系统包括交直流协调控制器样机、样机管理工作站、全数字实时仿真装置和仿真试验工作站，所述交直流协调控制器样机与所述全数字实时仿真装置通过IO设备进行连接，所述交直流协调控制器样机与所述样机管理工作站以及所述仿真试验工作站与所述全数字实时仿真装置都通过网线进行连接。
2.根据权利要求1所述试验系统，其特征在于，所述交直流协调控制器样机为基于LabVIEW实时仿真运行环境、以simulink为核心算法开发工具的交直流协调控制器，包括依次连接的输入板卡、实时仿真运行模块和输出板卡；所述输入板卡和所述输出板卡通过所述实时仿真运行模块进行通讯，用于对监控量的采集以及对被控量的输出。
3.根据权利要求2所述试验系统，其特征在于，所述实时仿真运行模块包括输入量接口配置模块、输出量接口配置模块和simulink模块，所述输入量接口配置模块和输出量接口配置模块分别对每个与所述输入板卡和所述输出板卡相连接的设备的输入量和输出量的定义，成为所述输入板卡和输出板卡与所述simulink模块的媒介；所述simulink模块采用动态链接库嵌入方式，实现所述核心算法在所述LabVIEW实时仿真运行环境中的实时运行。
4.根据权利要求3所述试验系统，其特征在于，所述样机管理工作站用于对所述交直流协调控制器样机的输入量和输出量的监视，创建或修改simulink模块，用于更新所述实时仿真运行模块中的simulink模块。
5.根据权利要求1所述试验系统，其特征在于，所述全数字实时仿真装置通过与所述交直流协调控制器样机交互，实时模拟交直流混联电网环境。
6.根据权利要求1所述试验系统，其特征在于，所述仿真试验工作站与所述全数字实时仿真装置相连，用于对所述全数字实时仿真装置进行仿真试验操作，以及对结果波形的分析。
7.一种实验室用交直流协调控制器样机实现方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)仿真试验工作站建立仿真电网模型，并将其下载到全数字实时仿真装置；
(2)所述全数字实时仿真装置发送电气量信号给交直流协调控制器样机；
(3)所述交直流协调控制器样机中的实时仿真运行模块通过电气量信号计算得出调制指令，并将其发送给所述全数字实时仿真装置。
8.根据权利要求7所述实现方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述实时仿真运行模块采用内嵌simulink核心算法模块的方式对所述全数字实时仿真装置中的交直流混联电网进行实时控制，所述simulink模块是通过样机管理工作站创建或修改的simulink模块得到的。
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