一种风电机组控制器在线实时仿真测试系统

摘要

本发明提供一种风电机组控制器在线实时仿真测试系统，包括风电机组控制器、实时仿真交互系统和风电机组系统仿真模型；风电机组控制器下发动作指令给实时仿真交互系统，实时仿真交互系统将接收的动作指令进行转换，并将转换后的动作指令传输给风电机组系统仿真模型，风电机组系统仿真模型执行实时仿真交互系统传输的动作指令，提供风电机组控制器所需的反馈信号，并将反馈信号通过实时仿真交互系统反馈给风电机组控制器。本发明兼容通讯方式和硬接线方式，为实现风电机组多种实时硬件在线仿真提供应用平台。利用该仿真测试系统可以在实验室环境下实现风电机组运行与保护特性的测试与评估，有利于新型控制算法与性能提升方案的快速试验验证。

主权项

一种风电机组控制器在线实时仿真测试系统，其特征在于：所述系统包括风电机组控制器、实时仿真交互系统和风电机组系统仿真模型；所述风电机组控制器下发动作指令给所述实时仿真交互系统，所述实时仿真交互系统将接收的动作指令进行转换，并将转换后的动作指令传输给所述风电机组系统仿真模型，所述风电机组系统仿真模型执行实时仿真交互系统传输的动作指令，提供风电机组控制器所需的反馈信号，并将反馈信号通过所述实时仿真交互系统反馈给所述风电机组控制器；所述风电机组控制器包括风电机组主控系统、变流器控制系统和风电机组变桨系统；所述风电机组主控系统包括主控系统控制器及第一外围接口与供电电路；所述主控系统控制器为所述风电机组主控系统的核心，主要采用PLC控制器或微处理器，对风电机组主控程序的执行和风电机组运行及保护的全过程进行控制；所述第一外围接口与供电电路主要包括硬接线I/O、Modbus串口通信、Canopen通信、RS485串口通信、Modbus TCP通信接口以及交流110V、交流220V、直流24V和直流5V供电电路；所述变流器控制系统包括变流器的控制器及第二外围接口与供电电路；所述变流器的控制器是变流器控制系统的核心，其采用DSP处理器、FPGA处理器或DSP处理器和FPGA处理器结合的形式，负责变流器核心算法的执行和变流器PWM调制信号的发生与保护；所述第二外围接口与供电电路主要包括硬接线I/O、Modbus串口通信、RS485串口通信接口以及交流220V、直流24V和直流5V供电电路；所述风电机组变桨系统包括变桨控制器及第三外围接口与供电电路，所述变桨控制器是风电机组变桨系统的核心，主要采用PLC控制器或微处理器，负责变桨系统核心算法的执行和变桨系统动作指令的上传与下发；所述第三外围接口与供电电路主要包括硬接线I/O、Modbus串口通信、Modbus TCP通信接口以及交流110V、交流220V和直流24V供电电路；所述风电机组控制器下发的动作指令包括风电机组动作指令、变流器动作指令和变桨系统动作指令；所述实时仿真交互系统包括接口转换模块和实时仿真系统；完成风电机组控制器与风电机组系统仿真模型之间的数据转移、传输与存储，定制风电机组的控制与保护逻辑，在实时仿真系统中完成风电机组的实时仿真与运行；所述接口转换模块包括依次连接的接收器、数据转换器和适配器；所述接收器一端通过硬接线与风电机组控制器连接，另一端连接数据转换器；所述适配器一端与数据转换器连接，另一端通过硬接线或PCB板卡与所述实时仿真系统连接；所述接收器与数据转换器之间、数据转换器和适配器之间均通过可插拔形式连接；所述实时仿真系统由仿真执行主机和仿真控制主机组成；所述仿真执行主机选用高性能工控机；所述高性能工控机包括CPU控制模块、IO模块和通讯模块，且需要安装实时操作系统，以保障系统仿真的高实时性和真实性；所述仿真控制主机对实时仿真系统中全部参数进行设定，通过网络引擎的消息机制对仿真执行主机的模型进行在线和实验预设值，支持点选式的实验任务和实验序列进行选择与配置，提供友好的人机交互界面；所述风电机组系统仿真模型包括风速模型、风力机模型、柔性传动链模型、发电机模型和电网模型；所述风速模型采用随机风速生成或采用实测数据；所述风力机模型和柔性传动链模型均采用有限元建模方法，反映风电机组在运行与保护期间载荷与受力情况，用于研究系统各构件间的相对空间运动与构件弹性变形相互影响和耦合；所述发电机模型采用5阶电磁暂态模型，所述5阶电磁暂态模型包括定子模型、转子模型和传动模型；所述电网模型采用理想电压源与系统等效阻抗的串联模型。