一种风电机组控制器在线实时仿真测试系统技术方案

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术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。本专利技术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。【专利说明】—种风电机组控制器在线实时仿真测试系统
本专利技术涉及一种测试系统，具体涉及一种风电机组控制器在线实时仿真测试系统。
技术介绍
风电机组性能测试评估是提高风电机组并网性能的重要技术手段。现有的风电机组性能测试评估方法主要有:模型算法仿真、对拖平台测试和现场测试。模型算法仿真主要是应用Matlab/Simulink、GH Bladed和PowerFactory等仿真软件建立风力发电机组的模型并利用模型进行仿真分析的测试手段，该方法偏向于风电机组设计初期，控制逻辑与策略的初步验算，测试结果的准确度与模型准确度强相关。对拖平台测试是利用电动机、发电机全功率模拟对拖平台模拟实际风电机组，然而其无法模拟风电机组的全部工况，适应于部分工况下风电机组发电机、变流器控制策略开发与性能测试，且其试验占地大、成本高。现场测试可以全面反映风电机组真实性能，然而由于风电的随机性与波动性，现场受机组自身与环境的影响显著，其试验周期长、成本高、风险大，不利于新型控制算法与性能提升方案的快速试验验证。申请号为201120348789.1的技术虽然提供了一种用于风力发电机主控系统测试的硬件在环实验系统，但其风电机组模型较为简单，无法反应风电机组的实际电磁状态；另外，其仿真模型在非实时系统中运行，无法保障主控系统与仿真模型的实时性要求，可能对测试结果带来偏差。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种风电机组控制器在线实时仿真测试系统，该系统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。系统将被测风电机组主控系统控制器、变桨控制器和变流器的控制器与风电机组系统仿真模型通过实时仿真交互系统实现实时数据交互运行与仿真，为被测风电机组控制器仿真模拟最大程度的真实运行环境，通过被测风电机组控制器的外部硬件和内部数据的表现和对数据的分析达到对风电机组控制器控制和测试的目的。同时，利用实测数据对风电机组系统仿真模型进行校核，得到较为准确的风电机组系统仿真模型，利用风电机组控制器在线实时仿真测试系统仿真评估风电机组运行与并网特性。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。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取如下技术方案:提供一种风电机组控制器在线实时仿真测试系统，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/0、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/0、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/0、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稱合；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。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于:(I)该系统中风电机组控制器与风电机组系统仿真模型的数据交互与仿真在实时操作系统中完成，极大程度地保障了系统试验与检测的实时性与真实性。(2)该系统可在实验室环境下进行风电机组主控系统控制器、变桨系统控制器和变流器系统控制器程序的设计与调试，并可快速的进行程序控制性能、保护性能、健壮性和稳定性等试验验证，大大减轻了风电机组控制系统研发成本，缩短了风电机组控制系统研发周期。 (3)最大程度的仿真模拟了风电机本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：秦世耀，王瑞明，李少林，孙勇，陈晨，张金平，
申请(专利权)人：国家电网公司，中国电力科学研究院，中电普瑞张北风电研究检测有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11