CN106527408A - 基于rt‑lab实时数字仿真平台的电力电子控制器测试系统 - Google Patents

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冯武彤
罗海云
程晓绚
李佩泫
熊家祚
翟党国
刘争艳
魏建新
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00—Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02—Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0208—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterized by the configuration of the monitoring system
    • G05B23/0213—Modular or universal configuration of the monitoring system, e.g. monitoring system having modules that may be combined to build monitoring program; monitoring system that can be applied to legacy systems; adaptable monitoring system; using different communication protocols

Abstract

本发明公开一种基于RT‑LAB实时数字仿真平台的电力电子控制器测试系统，将电力电子控制器接入RT‑LAB实时数字仿真平台，在RT‑LAB中构建电力电子装置一次系统和外部电网的模型，通过RT‑LAB实时数字仿真平台对电力电子控制器进行闭环测试；测试系统不光包括对原理的验证，还包括对控制器硬件可靠性及接口的验证，综合了现场测试和纯软件仿真的优点，有助于解决电力电子装置测试验证及入网评估难的问题，对降低研发成本、提高装置运行的可靠性具有重要意义。

Description

基于RT-LAB实时数字仿真平台的电力电子控制器测试系统
技术领域
本发明属于电力电子实时仿真领域，涉及一种基于RT-LAB实时数字仿真平台的电力电子控制器测试系统。
背景技术
电力电子控制器需要完成对电力电子设备(SVG、SVC、APF等)内部每个功率单元的协调控制和监视，这些控制往往是快速的、个性化的。随着电力电子器件和拓扑结构的不断进步，电力电子设备越来越复杂，其控制算法以及控制逻辑也在不断更新。为确保此类设备的稳定、可靠运行，通常需要进行多项试验测试。目前的常规方法是搭建试验平台或采用现场测试的方式，不仅投资高，工作量大，而且受实际的电网条件限制，很多特殊工况难以模拟，无法对装置控制保护性能进行全面的验证，这可能给装置的安全稳定运行带来较大的隐患。另一种方式是采用MATLAB/Simulink，PSCAD/EMTDC等纯软件仿真来进行装置的建模与分析。软件仿真可构建符合装置设计参数的模型，实现方便，在验证理论算法和控制策略方面具备优势，但无法检验实际控制器的真实性能，因此其准确性存在疑问。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明目的在于提供一种基于RT-LAB实时数字仿真平台的电力电子控制器测试系统，综合了现场测试和纯软件仿真的优点，有助于解决电力电子装置测试验证及入网评估难的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于RT-LAB实时数字仿真平台的电力电子控制器测试系统，将电力电子控制器接入RT-LAB实时数字仿真平台，在RT-LAB中构建电力电子装置一次系统和外部电网的模型，其中外部交流系统为三相电网，电力电子装置一次系统包括电力电子装置整流桥、逆变桥、直流侧电容和断路器以及相关的滤波支路，通过RT-LAB实时数字仿真平台对电力电子控制器进行闭环测试；
RT-LAB实时数字仿真平台通过其AD输出接口向电力电子控制器输出的模拟电压/电流信号，并通过其IO接口向电力电子控制器模拟电力电子装置的开关状态信号，电力电子控制器接收这些信号后进行计算处理，得到脉宽调制信号，将脉冲信号通过光纤接口传递给RT-LAB实时数字仿真平台，用于驱动RT-LAB实时数字仿真平台所虚拟的功率单元内的IGBT，当电力电子控制器采集的信号异常时表明电力电子装置发生故障，电力电子控制器迅速控制IGBT脉冲封锁并使断路器分闸，使电力电子装置快速离网，保护设备的安全。
进一步，还包括光接口转换装置，RT-LAB实时数字仿真平台采用aurora协议连接有aurora接口，RT-LAB实时数字仿真平台aurora接口经光接口转换装置与电力电子控制器光纤结构连接。
进一步，光接口转换装置包括通讯背板、主控板、电源板和多块光纤板；主控板包括FPGA模块、ARM处理器和aurora接口，通讯背板与FPGA模块和多块光纤板连接，aurora接口和ARM处理器分别与FPGA模块连接，aurora接口与RT-LAB实时数字仿真平台aurora接口连接通讯，多块光纤板用于与电力电子控制器光纤接口通讯。
进一步，RT-LAB实时数字仿真平台的AD输出接口连接有功放，RT-LAB实时数字仿真平台通过其AD输出接口经过功放向电力电子控制器输出的模拟电压/电流信号。
进一步，RT-LAB实时数字仿真平台包含32个IO接口，32*5路AD输出接口。
进一步，RT-LAB实时数字仿真平台连接有外部24V电源。
本发明的RT-LAB实时数字仿真平台的电力电子控制器测试系统，将电力电子控制器接入RT-LAB实时数字仿真平台，在RT-LAB中构建电力电子装置一次系统和外部电网的模型，通过RT-LAB实时数字仿真平台对电力电子控制器进行闭环测试；测试系统不光包括对原理的验证，还包括对控制器硬件可靠性及接口的验证，综合了现场测试和纯软件仿真的优点，有助于解决电力电子装置测试验证及入网评估难的问题，对降低研发成本、提高装置运行的可靠性具有重要意义。
附图说明
图1是测试系统原理图
图2是光接口转换装置结构图
具体实施方式
下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。交直流两种情况。
如图1所示，RT-LAB实时数字仿真平台的电力电子控制器测试系统，将电力电子控制器接入RT-LAB实时数字仿真平台，在RT-LAB中构建电力电子装置一次系统和外部电网的模型，其中外部交流系统为三相电网，电力电子装置一次系统包括电力电子装置整流桥、逆变桥、直流侧电容和断路器以及相关的滤波支路，通过RT-LAB实时数字仿真平台对电力电子控制器进行闭环测试；
由RT-LAB模拟电力电子装置所连接外部交流系统和电力电子装置的一次系统，其中外部交流系统为三相电网，电力电子装置一次系统包括电力电子装置整流桥、逆变桥、直流侧电容和断路器以及相关的滤波支路，电力电子装置控制和保护核心部分则采用实际装置中的电力电子控制器。
实际装置部分只利用了电力电子装置中的主控制板及其输入输出硬件接口包括AD接口、IO接口以及光纤接口，其余部分均由RT-LAB模拟RT-LAB通过其AD输出接口向电力电子控制器控制器提供必要的模拟电压/电流信号，并通过其IO接口向电力电子控制器模拟装置开关状态。电力电子控制器接收这些信号后进行计算处理，得到脉宽调制(PWM)信号，将脉冲信号通过光纤接口传递给RT-LAB，用于驱动RT-LAB所虚拟的功率单元内的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)。当采集的信号异常(RT-LAB模拟)，表明电力电子装置发生故障，电力电子控制器迅速控制IGBT脉冲封锁并使断路器分闸，使电力电子装置快速离网，保护设备的安全。
RT-LAB实时数字仿真平台包含32个IO接口，提供32个开入开出干节点信号，不提供电源，包括32*5AD输出接口，模拟量输出电压信号0～16V，电流信号经过变换可转为0～200mA输出。
由于低压电力电子控制器输入一般需要0～300V电压信号、电流信号一般为0～200mA，输出一般为开关信号和光信号。测试系统在RT-LAB外部增加24V电源之后，其开入开出信号可直接与电力电子控制器连接；其电流输出回路可以满足电力电子控制器的需求；而其电压输出回路输出能力不足，故本测试系统在RT-LAB外围配备有功率放大器。
RT-LAB光接口采用aurora协议，现有电力电子设备很少采用aurora接口，故无法与RT-LAB直接通讯。因此配备接口转换装置做转接使用，电力电子控制器光纤信号经过转接装置转接为aurora协议接至RT-LAB。
光接口转换装置结构如图2所示，光接口转换装置包括通讯背板、主控板、电源板和多块光纤板；主控板包括FPGA模块、ARM处理器和aurora接口，通讯背板与FPGA模块和多块光纤板连接，aurora接口和ARM处理器分别与FPGA模块连接，aurora接口与RT-LAB实时数字仿真平台aurora接口连接通讯，多块光纤板用于与电力电子控制器光纤接口通讯。
依据测试系统思路，主要在RT-LAB中构建电力电子装置一次系统和外部电网的模型。仿真中电力电子装置功率单元内IGBT的导通触发信号由电力电子控制器通过接口转换装置转换为aurora协议传递给RT-LAB，RT-LAB中功率单元由8位长度的脉冲控制字PWORD来控制。
8位控制脉冲的控制字定义如下表所示，为更真实地反映电力电子装置的实际运行状态，还需对电力电子装置的上电、故障及保护进行模拟电力电子控制器通过IO接口控制RT-LAB中电力电子装置主回路开关并接收其反馈信号。
IO信号表见下表：
序号 信号 定义 性质 备注
IO板1开出1 合/分整流开关 开出 开出 按实际主回路确定有无
IO板1开出2 合/分并网开关 开出 开出
IO板1开出3 整流指示输出 开出 开出
IO板1开出4 逆变指示输出 开出 开出
IO板1开出5 运行指示输出 开出 开出
IO板1开出6 故障指示输出 开出 开出
IO板1开入1 整流开关合分反馈 开入 开入
IO板1开入2 并网开关合分反馈 开入 开入
IO板1开入3 远方/就地旋钮 开入 开入
IO板1开入4 正常/调试旋钮 开入 开入
IO板1开入5 运行/停止旋钮 开入 开入
IO板1开入6 急停信号按钮 开入 开入
电力电子控制器的RT-LAB测试主要操作步骤如下：
1)将RT-LAB与功放、24V电源、接口转换装置以及电力电子控制器连接并检查确保无误。二次线检查是装置二次通电前的必要检查。防止接线错误导致二次上电过程中导致不必要的损坏。
2)运行RT-LAB模型，打开功放以及接口转换装置。
3)电力电子控制器上电，检查各显示状态是否正常。
4)启动电力电子装置，投入负载，进行整组测试。

Claims (6)

1.一种基于RT-LAB实时数字仿真平台的电力电子控制器测试系统，其特征在于：将电力电子控制器接入RT-LAB实时数字仿真平台，在RT-LAB中构建电力电子装置一次系统和外部电网的模型，其中外部交流系统为三相电网，电力电子装置一次系统包括电力电子装置整流桥、逆变桥、直流侧电容和断路器以及相关的滤波支路，通过RT-LAB实时数字仿真平台对电力电子控制器进行闭环测试；
RT-LAB实时数字仿真平台通过其AD输出接口向电力电子控制器输出的模拟电压/电流信号，并通过其IO接口向电力电子控制器模拟电力电子装置的开关状态信号，电力电子控制器接收这些信号后进行计算处理，得到脉宽调制信号，将脉冲信号通过光纤接口传递给RT-LAB实时数字仿真平台，用于驱动RT-LAB实时数字仿真平台所虚拟的功率单元内的IGBT，当电力电子控制器采集的信号异常时表明电力电子装置发生故障，电力电子控制器迅速控制IGBT脉冲封锁并使断路器分闸，使电力电子装置快速离网，保护设备的安全。
2.根据权利要求1所述的基于RT-LAB实时数字仿真平台的电力电子控制器测试系统，其特征在于：还包括光接口转换装置，RT-LAB实时数字仿真平台采用aurora协议连接有aurora接口，RT-LAB实时数字仿真平台aurora接口经光接口转换装置与电力电子控制器光纤结构连接。
3.根据权利要求2所述的基于RT-LAB实时数字仿真平台的电力电子控制器测试系统，其特征在于：光接口转换装置包括通讯背板、主控板、电源板和多块光纤板；主控板包括FPGA模块、ARM处理器和aurora接口，通讯背板与FPGA模块和多块光纤板连接，aurora接口和ARM处理器分别与FPGA模块连接，aurora接口与RT-LAB实时数字仿真平台aurora接口连接通讯，多块光纤板用于与电力电子控制器光纤接口通讯。
4.根据权利要求1-3任一项所述的基于RT-LAB实时数字仿真平台的电力电子控制器测试系统，其特征在于：RT-LAB实时数字仿真平台的AD输出接口连接有功放，RT-LAB实时数字仿真平台通过其AD输出接口经过功放向电力电子控制器输出的模拟电压/电流信号。
5.根据权利要求1-3任一项所述的基于RT-LAB实时数字仿真平台的电力电子控制器测试系统，其特征在于：RT-LAB实时数字仿真平台包含32个IO接口，32*5路AD输出接口。
6.根据权利要求1-3任一项所述的基于RT-LAB实时数字仿真平台的电力电子控制器测试系统，其特征在于：RT-LAB实时数字仿真平台连接有外部24V电源。
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