解決方案
SOLUTION
研旭YX-WPG1000基于模型設計風力發(fā)電創(chuàng)新實訓平臺
關鍵詞：
電力電子實驗
基于模型設計
快速原型控制
YXRCP
風力發(fā)電
實訓平臺
研旭YX-WPG1000
所屬分類：
新工科實訓平臺
風力發(fā)電教學科研實訓平臺
新工科教學科研實訓實驗臺
風力發(fā)電教學科研實訓平臺
聯(lián)系我們
方案介紹
一、基于模型開發(fā)MBD半實物仿真
研旭驅(qū)動控制器可通過編程接口實現(xiàn)自由編程。借助YXSPACE-SP1000實驗系統(tǒng)可在Matlab®/Simulink®中實現(xiàn)復雜變速驅(qū)動的快速仿真，然后將生成的代碼程序?qū)懭腧?qū)動控制器中。在可變負載條件下，學生還可以使用拓展工具對系統(tǒng)進行復雜分析。Matlab®/Simulink®是高等院校廣泛使用的實驗和科研軟件，研旭電力電子實驗系統(tǒng)實現(xiàn)驅(qū)動硬件系統(tǒng)與該軟件的實時互動操作，為電力電子和驅(qū)動技術(shù)實驗教學和科研提供了一種新方式。
二、南京研旭風力發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)
在風力發(fā)電產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的國際環(huán)境下，風力發(fā)電水平不斷提高?？蒲袑嶒炇易鳛楦鞣N新理論和新技術(shù)的孕育搖籃，其先期的研究和驗證對風電技術(shù)的發(fā)展和前進起著至關重要的引導和推動作用。進行實驗研究最直接有效的方法是將風力發(fā)電機與風力機相連，進行現(xiàn)場實際試驗。但是鑒于所需要的風場環(huán)境以及體積龐大、結(jié)構(gòu)復雜的槳葉設備，實驗室內(nèi)不可能具備條件，只能在室外進行現(xiàn)場調(diào)試。但是，受環(huán)境、自然因素、天氣條件等影響，現(xiàn)場實驗困難重重，比如：無法自由的對風速進行變化，某些高風速下的極限測試只能在極少數(shù)情況下得以實現(xiàn)，實驗周期長，人力、物力、經(jīng)費投入大；新理論和新技術(shù)存在諸多的未知數(shù)，實驗結(jié)果的好壞難以預測，現(xiàn)場調(diào)試風險巨大；電氣設備的運算和安裝不便，不同容量設備難以在同一風力系統(tǒng)進行試驗；這些因素都要求在實驗室內(nèi)構(gòu)建模擬系統(tǒng)來模擬實際風力機的真實工作特性勢在必行。
研旭風力發(fā)電系統(tǒng)部分主要包括：
1）調(diào)速變頻器和三相永磁調(diào)速電機來模擬實際的風力機；
2）永磁調(diào)速電機通過聯(lián)軸器帶動永磁直驅(qū)發(fā)電機發(fā)電；
3）發(fā)電機定子輸出連接可控整流器，將發(fā)電機發(fā)出的三相交流電整流成直流電；
4）并網(wǎng)逆變器直流輸入連接可控整流器直流輸出，將直流電逆變?yōu)榉喜⒕W(wǎng)要求的交流電，饋入主網(wǎng)；
5）監(jiān)控軟件，實現(xiàn)對整流器、逆變器等設備的數(shù)據(jù)監(jiān)控以及記錄保存；
三、系統(tǒng)特點
√系統(tǒng)采用風力對拖機組來模擬實際的風力機，方便在室內(nèi)條件下靈活做相關的實驗。
√采用定葉尖速比VF控制模型，可設置切入風速、切出風速、額定風速、最大模擬半徑等，可自定義設置風速和運行時間。
√系統(tǒng)中的AC-DC-AC變流器，可實現(xiàn)三相電機的可控整流，發(fā)電機發(fā)出的三相交流電整流成直流電，同時可實現(xiàn)直流輸入連接可控整流器直流輸出，將直流電逆變?yōu)榉喜⒕W(wǎng)要求的交流電。
√提供兩種控制器選擇（默認為RCP模型控制），DSP編程和RCP模型控制（Simulink快速原型開發(fā)），兩種模式可應用于不同的開發(fā)階段和實驗場景，優(yōu)勢互補。
√DSP模式下，可通過C代碼編程方式實現(xiàn)變流模塊的電能變換、故障保護、UI交互以及模式策略的變更等，熟悉掌握工業(yè)控制的開發(fā)流程。
√RCP模式下，可通過Simiulink模型配合上位機實時控制系統(tǒng)完成變流模塊的控制功能，圖形化的控制方式更容易上手，實時交互調(diào)試模式使核心算法的調(diào)試更為有效便捷。
√提供整體系統(tǒng)的Simulink離線仿真模型，可與實際物理設備一一對應，對比運行效果。
√整體系統(tǒng)采用開源模式，提供完整的硬件原理圖、接口圖、DSP軟件源代碼、Similink完整可運行模型。具備非常靈活的二次開發(fā)的基礎，方便做各類教學和科研實驗。
四、系統(tǒng)組成
YX-GPV1000基于模型設計風力發(fā)電實訓平臺組成主要包括：
（1）模擬風機對拖臺架；
（2）模擬風機調(diào)速系統(tǒng)；
（3）接口測量箱
（4）SP1000PLUS快速原型控制器
（5）交流負載及配電箱
（6）儲能雙向DC-AC變流模塊
（7）柜體及配件
（8）配套的Simulink/DSP例程及軟硬件開源資料。
五、實驗內(nèi)容：
4.1 Matlab/Simulink軟件仿真基礎
1、電力電子技術(shù)概念
2、電力電子器件概述
3、Matlab及Simulink介紹
4、PWM的基本原理和控制方法
5、PWM在Simulink的生成
6、SPWM的基本原理和控制方法
7、SPWM在Simulink的生成
4.2 基于模型開發(fā)（MBD）半實物仿真介紹
1、基于模型開發(fā)（MBD）理念介紹
2、快速原型控制器（RCP）介紹
3、RCP控制器與matlab對接操作
4.3 風力發(fā)電系統(tǒng)介紹
1、風力發(fā)電系統(tǒng)整體原理認知實驗
2、直驅(qū)式風力發(fā)電系統(tǒng)組成
3、風力曲線設定模擬試驗
4、切入風速、切出風速、額定風速、最大模擬半徑的關系
5、發(fā)電機轉(zhuǎn)速與輸出電壓關系實驗
4.4 風力交流-直流整流實驗
1、風力AC-DC-AC背靠背變流離線仿真實驗
2、半實物控制-模擬量電壓、電流采集實驗
3、半實物控制-SVPWM空間矢量控制算法實驗
4、半實物控制-三相電機可控整流實驗
5、半實物控制-風力并網(wǎng)外環(huán)電壓PI算法及控制實驗
6、半實物控制-風力并網(wǎng)內(nèi)環(huán)電流PI算法及控制實驗
4.5 風力發(fā)電系統(tǒng)綜合實驗
1、風力離網(wǎng)逆變帶負載閉環(huán)控制實驗
2、風力發(fā)電背靠背AC-DC-AC聯(lián)合運行實驗
六、研旭快速原型控制器（RCP）
√ 采用目前市面成品常用的控制芯片作為CPU，其仿真結(jié)果針對實際研究更具有參考性；
√ 保護機制齊全，此部分不需要用戶實際搭建保護模型，只需配置控制量的極限值即可實現(xiàn)實時保護，讓用戶不用為安全保護費心，更多的關注于核心控制算法；
√ 模型與硬件接口鏈接簡單，只需記住端口編號即可，更不用配置硬件各類細節(jié)，免去一切不必要的麻煩；
√ 具備自主編寫的驅(qū)動庫，可以直接導入到Simulink庫中，用戶可以直接在Matlab軟件中拖動相應的硬件元件庫，將模型中的數(shù)據(jù)直接與硬件對接，無需再花費時間去查詢硬件映射。8種庫文件，可適用于各種工程調(diào)試需求。
YXSPACE-VIEW軟件
VIEW軟件中包含控制器設置以及組態(tài)區(qū)。其中控制器設置界面共有4類控制器設置，包括仿真步長設置，DO控制源設置，QEP/CAP模式設置，PWM模塊設置。 組態(tài)區(qū)主要包括功能按鈕、組態(tài)控件、工作區(qū)等。
√ 創(chuàng)新的交互式實驗課程軟件，提供進行實驗所需的各種支持。它不僅提供實驗過程指導，還提供相關理論知識講解介紹，記錄測量結(jié)果，并可導出各類數(shù)據(jù)。
√ 實驗課程軟件需集成所有的實驗例程，統(tǒng)一在一個軟件中運行，可一鍵打開，自動完成程序的下載、仿真以及數(shù)據(jù)的在線觀測。
√ 實驗課程軟件需提供進行實驗所需的各種支持。包括但不限于實驗指導書，相關理論知識講解、自動記錄實驗過程中的各種數(shù)據(jù)，導出各類數(shù)據(jù)。
√ 支持Matlab運行環(huán)境及Simulink實驗仿真模型，結(jié)合實驗課程，可直接一鍵打開模型并自動搭建UI界面，提供離線模式和在線模型，可直接進行仿真實驗驗證。
√ 每一個例程都提供離線仿真模型和實物控制模型，學生導入模型，進行虛擬仿真和實物控制的實驗驗證。
七、桌面型功率模塊YXPHM
YXPHM系列采用基于模型設計的理念，脫胎于研旭成熟產(chǎn)品風力并網(wǎng)逆變器與風機變流器等成熟產(chǎn)品，又結(jié)合了研旭多年的模塊化組件與開放式平臺研發(fā)經(jīng)驗，對該拓撲結(jié)構(gòu)與驅(qū)動電路、傳感器電路、信號處理電路進一步集成，同時提供實際控制器接口、快速原型控制器結(jié)構(gòu)與實際控制器模塊，為用戶提供性價比更好的模塊化產(chǎn)品。
YXPHM多功能桌面型電力電子功率轉(zhuǎn)換平臺，采用積木式搭建形式，將功率轉(zhuǎn)換電路中的電感，電容，功率開關等器件方便的組合在一起，形成電力電子積木PEBB（Power Electronics Building Block）。
開發(fā)平臺包括硬件部分、軟件驅(qū)動，是針對高校開展電力電子技術(shù)研究推出的一種開放式的二次開發(fā)教學科研平臺。該平臺在硬件上采用分體化設計，控制板、采集板、功率板、電容板等模塊化，外殼采用透明的亞克力板材，美觀實用，用戶可以方便觀察內(nèi)部的硬件結(jié)構(gòu)。同時頂蓋可以打開，方便進行相關信號的測量。
主要功能
1.模塊拓展：采用模塊化設計，用戶可以定制所需要的拓撲，提供開源軟件模塊，用戶可進行二次開發(fā)?？蛇M行多種拓撲定制：
2.開放設計：開放給用戶硬件原理圖、硬件設計說明以及軟件模塊如底層驅(qū)動，控制算法等。
3.安全穩(wěn)定：設計了健全的保護機制，軟件方面有過壓保護、欠壓保護、過流速斷保護、IGBT過熱保護、通訊保護等；硬件方面有短路保護、IGBT過流保護等。
4.半實物仿真：方便與研旭YXspace控制器、NI控制器、RT-LAB控制器、dSPACE控制器等數(shù)字實時仿真器對接，可提供相應的數(shù)字轉(zhuǎn)接板，免去客戶硬件設計之憂。
研旭主控CPU采用目前流行的DSP，型號為TI公司的TMS320F28335，其32位浮點處理能力，非常適用于變流器控制場合。通過傳感器分別采集三相交流電流、三相交流電壓、直流側(cè)電壓、電流以及溫度等信息送給DSP，然后DSP經(jīng)過特定的算法，輸出PWM調(diào)制波控制開關器件，從而可以實現(xiàn)直流變交流或者交流變直流能量雙向流動。除此之外，信號處理電路還預留的外部控制器接口，方便對接RCP控制器，如DSPACE、RT-LAB、SPEEDGOAT、PLEX、YXSPACE等。
微信公眾號
