CN216248796U - 用于大型风电机组的模拟仿真测试系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了用于大型风电机组的模拟仿真测试系统，包括仿真机柜一和仿真机柜二，仿真机柜一内装有风机仿真计算机，风机仿真计算机设置有IO接口板卡一，IO接口板卡一通过IO接口一连接至PLC控制器；仿真机柜二内设有RT‑lab仿真机，RT‑lab仿真机连接有FPGA下位机，FPGA下位机设有IO接口板卡二，IO接口板卡二通过IO接口二与变流器控制器双向连接；IO接口板卡一与IO接口板卡二可实现通信；PLC控制器与变流器控制器通过配置的CANopen双向连接。本实用新型通过仿真机柜一、仿真机柜二构建风电机组模型，通过PLC控制器、变流器控制器实现实时仿真，从而进行大型风电机组的模拟仿真测试。
Description
技术领域
本实用新型涉及风力发电机组的仿真测试设备，具体地是用于大型风电机组的模拟仿真测试系统。
背景技术
对于风力发电，是目前电力发展的重要研究方向，特别风能作为一种清洁再生能源，是现下最热门能源之一。
对于风电机组的仿真技术中，也出现了很多仿真系统，例如：
已有公开日为2012年10月24日，公开号为CN102749853A的中国专利文献，公开了一种基于dSPACE构建了风电机组整机控制半实物仿真平台，该平台包括外部信号模拟部分、电机对拖平台部分、网侧变流器及电网模拟部分、偏航系统、变桨系统和主控系统，所述外部信号模拟部分、电机对拖平台部分、网侧变流器及电网模拟部分、偏航系统、变桨系统通过风机控制总线与所述主控系统连接。该实验平台能够模拟环境、电网的变化、风轮机输出特性、变流和控制系统及偏航、变桨等其它关键零部件模型，可以模拟风力发电机组在不同环境和条件下的运行情况。实质是实现了小功率样机的实物对拖平台，无法作为大型风电机组的镜像模型。风电机组气动模型与大部分其他模型直接关联，该发明中气动模型通过dSPACE实现，精确程度不够，且没有柔性塔架、柔性桨叶等机械部分模型。
已有公开日为2015年08月26日，公开号为CN104865845A的中国专利文献，公开了一种大型风电机组实时运行控制联合仿真平台及其构建方法，该技术方案中采用Bladed和RTDS构建了实时的联合仿真平台，该平台充分发挥了软件优势互补。但该发明中的控制系统作为仿真模型的一部分集成在RTDS中，该控制系统并未采用与实际机组类似的分层、分布式控制系统架构，也未对物理控制器的硬件测试进行接口设计，由于控制器采用仿真模型搭建，一些采集、控制延时被忽略。
已有公开日为2017年07月25日，公开号为CN106980272A中国专利文献，公开了一种风电机组控制系统硬件在环模拟及测试平台，该技术方案中采用Bladed和RTDS构建了风电机组控制系统硬件在环模拟及测试平台，该平台采用与实际机组类似的分层、分布式控制系统架构，对物理控制器的硬件测试进行接口设计。但风机电气部分无法实现将高精度永磁同步PMSM模型、FPGA电子电路硬件解算器网表模型传输到FPGA仿真下位机的芯片中，实现纳秒级步长的电机和三电平拓扑的实时解算。
结合现有的模拟仿真技术平台，可以看出，目前尚缺乏针对大型风电机组的综合实时仿真测试系统，没有完全对风电机组的机械、气动、电气等各系统实现综合控制系统硬件在环实时仿真，尤其没有风机电气部分采用纳秒级精细化仿真模型、高精度非线性电机本体模型等技术特点的仿真平台。
实用新型内容
针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种用于大型风电机组的模拟仿真测试系统，可以通过基于Bladed软件的风机仿真机和RT-lab仿真机，结合设计主控制器和变流器控制器之间的硬件接口方式，使得风机仿真机和RT-lab仿真机采用高精度非线性本体模型技术可以有效构建风电机组的相应模型，通过FPGA下位机实现纳秒级步长的电机和三电平拓扑的实时解算，从而可以构建一套完整模拟大型风电机组整机动态的、现有最大程度接近实际风电机组的综合实时仿真测试硬件平台。
本实用新型的技术方案如下：
用于大型风电机组的模拟仿真测试系统，其结构包括仿真机柜一、仿真机柜二、PLC控制器和变流器控制器，其中：
所述仿真机柜一内安装有用于GH Bladed软件和GH hardware test软件进行仿真处理的风机仿真计算机，风机仿真计算机设置有用于通信的IO接口板卡一，所述PLC控制器配置有IO接口一， IO接口板卡一通过IO接口一和铜屏蔽线缆单向连接至PLC控制器。
所述仿真机柜二内设置有RT-lab仿真机，RT-lab仿真机连接有FPGA下位机，FPGA下位机设置有IO接口板卡二，所述变流器控制器配置有IO接口二，IO接口板卡二通过IO接口二和铜屏蔽线缆与变流器控制器双向连接。
所述IO接口板卡一与IO接口板卡二之间通过铜屏蔽线缆连接。
所述PLC控制器设置有CANopen通信接口一，变流器控制器设置有CANopen通信接口二，PLC控制器和变流器控制器通过CANopen通信接口一、CANopen通信接口二和铜屏蔽线缆实现双向连接。
对于仿真机柜一，进一步的设计还包括：
所述IO接口板卡一设置有用于与风机仿真计算机通信的ADS通信接口；所述IO接口板卡一还设置有用于与CANopen通信接口一进行双向通信的CANopen通信接口三，CANopen通信接口一与CANopen通信接口三之间通过铜屏蔽线缆连接。
对于仿真机柜二，进一步的设计还包括：
所述FPGA下位机至少还配备有通过PCB电路板接插件连接的一个Xilinx Virtex-7 FPGA板、一块信号调理板、一块RT-lab专用模拟信号输入板卡、一块RT-lab专用模拟信号输出板卡、一块RT-lab专用数字信号输入板卡、一块RT-lab专用数字信号输出板卡、一块两通道CAN总线接口卡。
对于PLC控制器，进一步的设计还包括：
所述PLC控制器采用实际风力发电机组的控制系统架构。
所述IO接口一包括数字输入接口一、数字输出接口一、模拟输入接口一和模拟输出接口一，四个接口均通过铜屏蔽线缆硬件连接。
所述PLC控制器还配备有用于电量模块信号传输的485串行通信接口一。
对于变流器控制器，进一步的设计还包括：
所述变流器控制器采用实际变流器控制器架构。
所述IO接口二包括数字输入接口二、数字输出接口二、模拟输入接口二和模拟输出接口二，四个接口均通过铜屏蔽线缆硬件连接。
与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：
本实用新型基于RT-lab与Bladed软件，通过仿真机柜一、仿真机柜二可以采用高精度非线性本体模型技术构建大型风电机组的相应模型，FPGA下位机可以针对高精度永磁同步PMSM模型、FPGA电子电路硬件解算器网表模型实现纳秒级步长的电机和三电平拓扑的实时解算，结合设计主控制器和变流器控制器之间的硬件接口方式，形成一套风电机组综合控制系统硬件在环实时仿真测试系统，从而可以实现非常接近实际风电机组架构的仿真效果；本实用新型非常适用于商用主控制器和变流器控制器的综合实时仿真，进行相应的验证和测试。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
其中，附图标记为：1-仿真机柜一，2-仿真机柜二，3-风机仿真计算机，4- IO接口板卡一，5-RT-lab仿真机，6-FPGA下位机，7-IO接口板卡二，8-PLC控制器，9-变流器控制器，10-IO接口一，11-IO接口二，12-CANopen通信接口一，13-CANopen通信接口二，14-CANopen通信接口三。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本实用新型设计了一种用于大型风电机组的模拟仿真测试系统，该系统包括仿真机柜一1、仿真机柜二2、PLC控制器8和变流器控制器9。其中：
所述仿真机柜一1内安装有用于GH Bladed软件和GH hardware test软件进行仿真处理的风机仿真计算机3，风机仿真计算机3设置有用于通信的IO接口板卡一4，所述PLC控制器8配置有IO接口一10， IO接口板卡一4通过IO接口一10和铜屏蔽线缆单向连接至PLC控制器8。
所述仿真机柜二2内设置有RT-lab仿真机5，RT-lab仿真机5连接有FPGA下位机6，FPGA下位机6设置有IO接口板卡二7，所述变流器控制器9配置有IO接口二11，IO接口板卡二7通过IO接口二11和铜屏蔽线缆与变流器控制器9双向连接。
所述IO接口板卡一4与IO接口板卡二7之间通过铜屏蔽线缆连接。
所述PLC控制器8设置有CANopen通信接口一12，变流器控制器9设置有CANopen通信接口二13，PLC控制器8和变流器控制器9通过CANopen通信接口一12、CANopen通信接口二13和铜屏蔽线缆实现双向连接。
实施例2
基于实施例1的结构，进一步对于仿真机柜一1的设计：
所述IO接口板卡一4设置有用于与风机仿真计算机3通信的ADS通信接口。
所述IO接口板卡一4还设置有用于与CANopen通信接口一12进行双向通信的CANopen通信接口三14，CANopen通信接口一12与CANopen通信接口三14之间通过铜屏蔽线缆连接。
实施例3
基于实施例1或2的结构，进一步对于仿真机柜二2的设计：
所述FPGA下位机6至少还配备有通过PCB电路板接插件连接的一个XilinxVirtex-7 FPGA板、一块信号调理板、一块RT-lab专用模拟信号输入板卡、一块RT-lab专用模拟信号输出板卡、一块RT-lab专用数字信号输入板卡、一块RT-lab专用数字信号输出板卡、一块两通道CAN总线接口卡。
本实施例中，FPGA下位机6可以选用OP5700。
实施例4
基于实施例1-3的任一结构，进一步对于PLC控制器8的设计：
所述PLC控制器8采用实际风力发电机组的控制系统架构。例如，采用BeckhoffCX5130型号的PLC。
所述IO接口一10包括数字输入接口一、数字输出接口一、模拟输入接口一和模拟输出接口一，四个接口均通过铜屏蔽线缆连接。
所述PLC控制器8还配备有用于电量模块信号传输的485串行通信接口一。
实施例5
基于实施例1-4的任一结构，进一步对于PLC控制器8的设计：
所述变流器控制器9采用实际变流器控制器架构，可以采用DSP作为核心单元。
所述IO接口二11包括数字输入接口二、数字输出接口二、模拟输入接口二和模拟输出接口二，四个接口均通过铜屏蔽线缆连接。
实施例6
基于实施例5，本实用新型的仿真测试系统，其实现原理如下：
仿真柜机一内风机仿真计算机3，通过GH Bladed软件构建风电机组的风模型、机械部分模型和气动模型，从而实现风机整机机械部分仿真。
仿真柜机二内的RT-lab仿真机5，通过RT-lab软件构建风电机组的电气部分模型，所述电气部分模型和FPGA电子电路硬件解算器网表模型拓扑、赛灵思系统生成器XSG本体模型进行信号映射，利用高精度非线性本体模型技术，实现纳秒级步长的电机和三电平拓扑的实时解算。所述电气部分模型通过配置的IO接口板卡二7与变流器控制器9交互，从而实现变流器控制器9在环实时仿真。
所述PLC控制器8，运行风力发电机组的主控算法，并控制风力发电机组执行启动、并网、监测、保护、故障诊断、偏航、变桨、变流器功率指令、停机等一系列整机控制动作。
所述变流器控制器9，运行变流器控制算法，输出变流器控制器及其保护电路中电力电子开关器件的脉宽调制（PWM）脉冲，输出与主控制器PLC进行信息交互的接口信号，进行变流器网侧和机测控制、低穿和高穿控制等功能。
本实用新型具体可以用于电网发生故障时的机组高/低电压穿越试验、可用于不同机组类型、不同电路拓扑结构及不同控制策略的测试。
Claims (10)
1.用于大型风电机组的模拟仿真测试系统，其特征在于：包括仿真机柜一（1）、仿真机柜二（2）、PLC控制器（8）和变流器控制器（9），其中：
所述仿真机柜一（1）内安装有用于GH Bladed软件和GH hardware test软件进行仿真处理的风机仿真计算机（3），风机仿真计算机（3）设置有用于通信的IO接口板卡一（4），所述PLC控制器（8）配置有IO接口一（10）， IO接口板卡一（4）通过IO接口一（10）和铜屏蔽线缆单向连接至PLC控制器（8）；
所述仿真机柜二（2）内设置有RT-lab仿真机（5），RT-lab仿真机（5）连接有FPGA下位机（6），FPGA下位机（6）设置有IO接口板卡二（7），所述变流器控制器（9）配置有IO接口二（11），IO接口板卡二（7）通过IO接口二（11）和铜屏蔽线缆与变流器控制器（9）双向连接；
所述IO接口板卡一（4）与IO接口板卡二（7）之间通过铜屏蔽线缆连接；
所述PLC控制器（8）设置有CANopen通信接口一（12），变流器控制器（9）设置有CANopen通信接口二（13），PLC控制器（8）和变流器控制器（9）通过CANopen通信接口一（12）、CANopen通信接口二（13）和铜屏蔽线缆实现双向连接。
2.根据权利要求1所述的用于大型风电机组的模拟仿真测试系统，其特征在于：所述IO接口板卡一（4）设置有用于与风机仿真计算机（3）通信的ADS通信接口。
3.根据权利要求1或2所述的用于大型风电机组的模拟仿真测试系统，其特征在于：所述IO接口板卡一（4）还设置有用于与CANopen通信接口一（12）进行双向通信的CANopen通信接口三（14），CANopen通信接口一（12）与CANopen通信接口三（14）之间通过铜屏蔽线缆连接。
4.根据权利要求1所述的用于大型风电机组的模拟仿真测试系统，其特征在于：所述FPGA下位机（6）至少还配备有通过PCB电路板接插件连接的一个Xilinx Virtex-7 FPGA板、一块信号调理板、一块RT-lab专用模拟信号输入板卡、一块RT-lab专用模拟信号输出板卡、一块RT-lab专用数字信号输入板卡、一块RT-lab专用数字信号输出板卡、一块两通道CAN总线接口卡。
5.根据权利要求1或4所述的用于大型风电机组的模拟仿真测试系统，其特征在于：所述FPGA下位机（6）选用OP5700。
6.根据权利要求1所述的用于大型风电机组的模拟仿真测试系统，其特征在于：所述PLC控制器（8）采用实际风力发电机组的控制系统架构。
7.根据权利要求1或6所述的用于大型风电机组的模拟仿真测试系统，其特征在于：所述PLC控制器（8）还配备有用于电量模块信号传输的485串行通信接口一。
8.根据权利要求7所述的用于大型风电机组的模拟仿真测试系统，其特征在于：所述IO接口一（10）包括数字输入接口一、数字输出接口一、模拟输入接口一和模拟输出接口一，四个接口均通过铜屏蔽线缆连接。
9.根据权利要求1所述的用于大型风电机组的模拟仿真测试系统，其特征在于：所述变流器控制器（9）采用实际变流器控制器架构。
10.根据权利要求1所述的用于大型风电机组的模拟仿真测试系统，其特征在于：所述IO接口二（11）包括数字输入接口二、数字输出接口二、模拟输入接口二和模拟输出接口二，四个接口均通过铜屏蔽线缆硬件连接。
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| CN202122396010.XU CN216248796U (zh) | 2021-09-30 | 2021-09-30 | 用于大型风电机组的模拟仿真测试系统 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115562069A (zh) * | 2022-10-10 | 2023-01-03 | 国网河北省电力有限公司电力科学研究院 | 基于rt-lab的储能并网测试系统及其测试方法 |
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2021
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