CN117850264A - 一种基于功率硬件在环的发电系统实时仿真测试系统 - Google Patents
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Abstract
本申请属于航空电气设计技术领域，特别涉及一种基于功率硬件在环的发电系统实时仿真测试系统，包括，高压直流发电机模型；模拟量输出标定模型，将所述输出电压的大小转换至模拟量输出板卡允许范围内，并输出到功率放大器，功率放大器，放大后输出到实际负载；电流互感器回采实际负载的负载电流；模拟量输入标定模型，将模拟量输入板卡接收到的负载电流值按比例转换至实际负载电流值并输入到受控电流源模型；受控电流源模型，功率硬件在环实时仿真技术结合了数字仿真和物理模拟仿真的优点，能有效地模拟飞机电力系统的各类工况，可以在不同工况下对飞机电力系统设备进行的测试，检测实际的物理设备，进而提高飞机电力系统集成效率。
Description
技术领域
本申请属于航空电气设计技术领域，特别涉及一种基于功率硬件在环的发电系统实时仿真测试系统。
背景技术
在现代电力系统理论研究和装备研发中，数字物理混合仿真得到越来越广泛的应用。
数字物理混合仿真又称硬件在环仿真，这种方法将实际的物理被试系统置于由实时数字仿真系统建立的虚拟电力系统中进行闭环仿真。
目前数字物理混合仿真主要有两种：一种是控制硬件在环仿真，控制硬件在环在数字仿真系统与实际的物理系统之间只能传输低功率的控制信，实际的物理系统一般为保护、控制装置等；一种是功率硬件在环仿真，功率硬件在环数字仿真系统与实际的物理系统之间可以交换真实的物理功率，能检测真实的电力设备。自电力系统实时数字仿真技术出现的近20年来,绝大部分应用都属于控制硬件在环领域。近年来，随着飞机电力系统技术研究与设备开发的迫切需求，国内外很多专家学者开展了功率硬件在环仿真研究。目前已在风电、光伏发电、电动汽车等新能源技术领域得到了初步应用，具有重要的研究价值和应用前景，是电力仿真技术发展的一个新方向。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提供了一种基于功率硬件在环的发电系统实时仿真测试系统，包括：
高压直流发电机模型，产生输出电压；
模拟量输出标定模型，将所述输出电压的大小转换至模拟量输出板卡允许范围内，并通过模拟量输出板卡输出到功率放大器，
功率放大器，将输出电压放大后输出到实际负载；
电流互感器，回采实际负载的负载电流；
模拟量输入标定模型，将模拟量输入板卡接收到的负载电流值按比例转换至实际负载电流值并输入到受控电流源模型；
受控电流源模型，用于模拟实际负载电流。
优选的是，发电系统实时仿真测试系统还包括：
发电机控制器模型，用于采集所述输出电压，并基于所述输出电压与预设基准作差，基于所述差值通过PID模块输出PWM控制信号，通过所述PWM控制信号控制高压直流发电机模型的输出电压。
优选的是，高压直流发电机模型包括：副励磁机模型，励磁机模型、整流器模型和主发电机模型。
优选的是，将高压直流发电机模型、模拟量输出标定模型、模拟量输入标定模型、受控电流源模型以及发电机控制器模型作为数字仿真系统下载至OP5600实时仿真目标机中。
优选的是，功率放大器采用四象限功率放大设备，四象限功率放大设备还包括电流互感器。
优选的是，受控电流源模型基于ITM接口算法原理建立；模拟量输出标定模型与模拟量输入标定模型根据四象限功率放大设备以及OP5600设备接口定义建立。
本申请的优点包括：功率硬件在环实时仿真技术结合了数字仿真和物理模拟仿真的优点，能有效地模拟飞机电力系统的各类工况，是一种新型的飞机电力系统的研究手段，可以在不同工况下对飞机电力系统设备进行的测试，检测实际的物理设备，进而提高飞机电力系统集成效率。
附图说明
图1是本申请一优选实施方式发电系统实时仿真测试系统设计框图；
图2是本申请一优选实施方式功率硬件在环实时仿真模型示意图。
具体实施方式
为使本申请的技术方案及其优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的技术方案作进一步清楚、完整的详细描述，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅是本申请的部分实施例，其仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分，其他相关部分可参考通常设计，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合以得到新的实施例。
此外，除非另有定义，本申请描述中所使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内一般技术人员所理解的通常含义。本申请描述中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等表示方位的词语仅用以表示相对的方向或者位置关系，而非暗示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，当被描述对象的绝对位置发生改变后，其相对位置关系也可能发生相应的改变，因此不能理解为对本申请的限制。本申请描述中所使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似用语，仅用于描述目的，用以区分不同的组成部分，而不能够将其理解为指示或暗示相对重要性。本申请描述中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语，不应理解为对数量的绝对限制，而应理解为存在至少一个。本申请描述中所使用的“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
此外，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，在本申请的描述中使用的“安装”、“相连”、“连接”等类似词语应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，领域内技术人员可根据具体情况理解其在本申请中的具体含义。
随着飞机电力系统的复杂化程度越来越高，系统的各类工况诸如故障、振荡、电压跌落等极端情况的运行、测试和分析等需要在装机验证前进行充分的验证，采用基于真实的飞机电力系统模拟的方法研究上述各类工况，成本高且风险大。为了解决这一问题，本发明提出一种基于功率硬件在环的航空发电系统实时仿真测试技术，将其应用于飞机电力系统的研究中。功率硬件在环实时仿真技术结合了数字仿真和物理模拟仿真的优点，能有效地模拟飞机电力系统的各类工况，是一种新型的飞机电力系统的研究手段，可以在不同工况下对飞机电力系统设备进行的测试，检测实际的物理设备，进而提高飞机电力系统集成效率。
如图1-2所示，基于功率硬件在环的发电系统实时仿真测试系统，包括：
高压直流发电机模型，产生输出电压；
发电机控制器模型，用于采集所述输出电压，并基于所述输出电压与预设基准作差，基于所述差值通过PID模块输出PWM控制信号，通过所述PWM控制信号控制高压直流发电机模型的输出电压；
模拟量输出标定模型，将所述输出电压的大小转换至模拟量输出板卡允许范围内，并通过模拟量输出板卡输出到功率放大器；
功率放大器，将输出电压放大后输出到实际负载；
电流互感器，回采实际负载的负载电流；
模拟量输入标定模型，将模拟量输入板卡接收到的负载电流值按比例转换至实际负载电流值并输入到受控电流源模型，因为模拟量输入板卡具有传输上限，电流经过时需要限流，模拟量输入标定模型则将电流恢复至实际负载电流值；
受控电流源模型，用于模拟实际负载电流。
其中，将高压直流发电机模型、模拟量输出标定模型、模拟量输入标定模型、受控电流源模型以及发电机控制器模型作为数字仿真系统下载至OP5600实时仿真目标机中；
数字仿真系统主要包括采用Opal-RT公司开发的RT-LAB实时仿真系统，基于Matlab/Simulink建立高压直流发电系统仿真模型，结合实时仿真机多核分布式并行运算技术和FPGA高速数字信号处理技术，将高压直流发电系统仿真模型进行实时化处理；
功率放大器采用四象限功率放大设备，四象限功率放大设备还包括电流互感器；实际负载采用直流电子负载；同时将OP5600仿真器模拟量输入通道与功率放大器电流信号回采端连接，实现接口子系统的构建。其中功率放大器采用Spitzenberger&Spies公司生产的PAS四象限线性功率放大器。
优选的是，高压直流发电机模型包括：副励磁机模型，励磁机模型、整流器模型和主发电机模型。
优选的是，将高压直流发电机模型、模拟量输出标定模型、模拟量输入标定模型、受控电流源模型以及发电机控制器模型作为数字仿真系统下载至OP5600实时仿真目标机中。
优选的是，功率放大器采用四象限功率放大设备，四象限功率放大设备还包括电流互感器。
优选的是，受控电流源模型基于ITM接口算法原理建立，由于ITM接口原理直观且易于实现，在实践中应用广泛，本发明采用ITM接口算法进行飞机发电系统功率在环技术研究。模拟量输出标定模型与模拟量输入标定模型根据四象限功率放大设备以及OP5600设备接口定义建立。
图2发电系统功率硬件在环实时仿真模型，其根据实时化处理要求，建立发电系统功率硬件在环仿真模型，其中SS_FDXT为高压直流发电系统和ITM接口模型，SS_BD为电压电流标定模型，SC_user为上位机运行监控模型，SM_PSP为信号传递模型；
本申请的优点包括：功率硬件在环实时仿真技术结合了数字仿真和物理模拟仿真的优点，能有效地模拟飞机电力系统的各类工况，是一种新型的飞机电力系统的研究手段，可以在不同工况下对飞机电力系统设备进行的测试，检测实际的物理设备，进而提高飞机电力系统集成效率。
本申请根据按图1功率硬件在环实时仿真模型和图2功率硬件在环仿真系统设计框图进行功率硬件在环仿真试验设计，在对不同工况下的功率硬件在环试验进行验证，分别进行转速为17000r/min，10％I突加至85％I的电压瞬变的试验；17000r/min，85％I突卸至10％I的电压瞬变试验；20000r/min，10％I突加至85％I的电压瞬变试验；20000r/min，85％I突卸至10％I的电压瞬变试验，其能准确反映飞机系统在负载突加突卸过程中的情况，与实际飞机发电系统情况基本一致。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种基于功率硬件在环的发电系统实时仿真测试系统，其特征在于，包括：
高压直流发电机模型，产生输出电压；
模拟量输出标定模型，将所述输出电压的大小转换至模拟量输出板卡允许范围内，并通过模拟量输出板卡输出到功率放大器；
功率放大器，将输出电压放大后输出到实际负载；
电流互感器，回采实际负载的电流；
模拟量输入标定模型，将模拟量输入板卡接收到的负载电流值按比例转换至实际负载电流值并输入到受控电流源模型；
受控电流源模型，用于模拟实际负载电流。
2.如权利要求1所述的基于功率硬件在环的发电系统实时仿真测试系统，其特征在于，还包括：
发电机控制器模型，用于采集所述输出电压，并基于所述输出电压与预设基准作差，基于所述差值通过PID模块输出PWM控制信号，通过所述PWM控制信号控制高压直流发电机模型的输出电压。
3.如权利要求1所述的基于功率硬件在环的发电系统实时仿真测试系统，其特征在于，高压直流发电机模型包括：副励磁机模型，励磁机模型、整流器模型和主发电机模型。
4.如权利要求2所述的基于功率硬件在环的发电系统实时仿真测试系统，其特征在于，将高压直流发电机模型、模拟量输出标定模型、模拟量输入标定模型、受控电流源模型以及发电机控制器模型作为数字仿真系统下载至OP5600实时仿真目标机中。
5.如权利要求4所述的基于功率硬件在环的发电系统实时仿真测试系统，其特征在于，功率放大器采用四象限功率放大设备，四象限功率放大设备还包括电流互感器。
6.如权利要求5所述的基于功率硬件在环的发电系统实时仿真测试系统，其特征在于，受控电流源模型基于ITM接口算法原理建立；模拟量输出标定模型与模拟量输入标定模型根据四象限功率放大设备以及OP5600设备接口定义建立。
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