基于异步发电机无功补偿技术的HIL和RCP准实时仿真系统技术方案

一种基于异步发电机无功补偿技术的HIL和RCP准实时仿真系统，包括HIL准实时仿真系统和RCP准实时仿真系统；HIL准实时仿真系统，包括真实的控制器和虚拟的异步发电机和变流器仿真模块作为被控对象；RCP准实时仿真系统，包括控制器和真实的异步发电机和变流器系统作为被控对象。HIL采用实际的被控对象即实际的功率器件和虚拟的控制器，RCP采用的是实际的控制器和虚拟的被控对象。因此HIL和RCP能够很好的在离线仿真和实物实验之间取得良好的衔接作用，可以分别对控制器和被控对象进行充分的测试和分析，并且能够很好的解决离散时间的数学模型和连续时间的实物对象之间的耦合问题和变结构特征的时钟处理问题，对数据之间的通讯和传输问题也可以进行完全的测试。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及异步发电机无功补偿技术。
技术介绍
随着技术的进步和工业领域对大功率电力电子系统的需求日益增大，系统的可靠性和研发过程高效性就显的尤为重要了。目前在大功率电力电子系统的研发和调试过程中大多采用的是离线仿真系统，离线仿真虽然对控制算法和测量误差的测试是有效的，但是对于中断延时、内存使用和数据传输等方面的错误无法排查，因此离线仿真后直接进行实物实验对设备的安全就存在较大的隐患。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于异步发电机无功补偿技术的HIL和RCP准实时仿真系统，能够很好的对系统进行测试，并且更能模拟实物实验，可以使系统的开发和测试过程更为方便、有效、安全、快捷。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种基于异步发电机无功补偿技术的HIL和RCP准实时仿真系统，包括HIL准实时仿真系统和RCP准实时仿真系统，HIL准实时仿真系统，包括真实的控制器和虚拟的异步发电机和变流器仿真模块作为被控对象；对异步发电机和变流器仿真模块进行建模，建模产生的模块经过仿真运算得到控制器控制所需的异步发电机端电压信号、变流器电流信号和变流器直流侧信号；对这些进行变比处理使其幅值保持不变，然后通过接口传输到控制器中进行运算；控制器采集到的异步发电机端电压信号、变流器电流信号和变流器直流侧信号经过控制器里的算法模块进行运算，得到调制所需的PWM波信号；异步发电机和变流器仿真模块采集控制器PWM模块传输的PWM波信号，通过捕获模块对PWM波信号的上升沿和下降沿进行重新编码，计算出占空比和中断信息；占空比和中断信息通过实时处理器的数据总线传送到异步发电机和变流器仿真模块进行仿真运算，产生的电压和电流信号传输到控制器，构成一个完整的闭环系统；RCP准实时仿真系统，包括控制器和真实的异步发电机和变流器系统作为被控对象；发电机和变流器系统产生的电压和电流信号经过变比处理送入控制器，控制器采集到外部传输来到信号之后经过计算产生驱动STATCOM的PWM波信号；控制器产生的PWM波信号强度比较弱，不足以驱动开关管，需要经过门极驱动电路送到STATCOM中，实现STATCOM的驱动控制；在HIL和RCP准实时仿真中存在不同处理器之间的数据交换和处理，两种准实时仿真系统都是在处理器中断时进行信号采样，因此需要进行时钟处理和仿真参数整定以到达最好的仿真效果。作为改进，HIL准实时仿真系统中，采用dSPACE单板系统DS1104作为控制器，在Quanser8通过Simulink搭建异步发电机和变流器模块作为被控对象，接口为自带接口，ADC口和DAC口之间通过PNC数据线进行数据交换。作为改进，dSPACE单板系统DS1104作为控制器可以产生6路死区时间可调、两两互补的PWM信号，并且占空比可以从0～100％可调制；dSPACE单板系统通过ADC口采集从Quanser8的DAC口传过来的异步发电机端电压信号、变流器电流信号和变流器直流侧信号，这些信号经过在DS1104里面搭建的控制算法模块进行计算，得出PWM信号；Quanser8通过自身的高速数字I/O口采集DS1104传输的6路PWM波信号，经过捕获模块对PWM波信号的上升沿和下降沿进行重新编码，计算出占空比和中断信息；占空比和中断信息通过Quanser8的实时处理器的数据总线传送到异步发电机和变流器仿真模块进行仿真运算，产生的电压和电流信号经过DAC口传输到DS1104；这里产生的电压和电流信号都是通过Quanser8的Simulink里仿真器产生的的，不是真实的传感器，这些信号的幅值为-10V～10V，为了能够在输入到DS1104时保持大小不变，需要进行变比处理。作为改进，RCP准实时仿真系统中，采用dSPACE单板系统DS1104作为控制器，异步发电机和变流器为真实的实验设备，两者之间的连接接口采用自身所带接口，接口之间通过转换电路进行连接；发电机和变流器系统产生的电压和电流信号传感器检测电路经过变比处理送入DS1104的ADC口，控制器采集到外部传输来到信号之后经过计算产生驱动STATCOM的PWM波信号；控制器产生的PWM波信号强度比较弱，不足以驱动开关管，需要经过门极驱动电路送到STATCOM中，实现STATCOM的驱动控制。作为改进，在HIL准实时仿真系统中，Quanser8和DS1104两个系统都拥有自己的独立的处理器和时钟系统，两个系统都是需要对方实时的传输数据进行处理器运算；在进行实物实验时，外部信号是连续信号，经过采样电路采集进来时信号由连续的信号转换为离线信号；为了模拟这种实物实验时的状况，定义Quanser8的时钟系统为T1，DS1104时钟系统为T2，设置T1的采样速度高于T2的采样速度，并且T1的优先级高于T2；T1和T2两个时钟系统都采样异步采样的工作方式，通过自身所带接口进行采样；T1和T2构成的定时器任务系统，定时器T1在运行的时候定时器T2进入准备阶段，T1睡眠时T2才进行工作，如果T2工作没有完成而T1需要运行时T2就会被自动挂起直到下一个工作周期的到来；在进行HIL准实时仿真实验时为了得到良好的控制效果，控制器、被控对象的采样周期为10μ～1ms数量级；PWM波信号频率为1～20kHz数量级，PWM波信号频率和被控对象采样频率之间满足香农采样定理，采样频率应该为PWM波频率的2倍以上。作为改进，在RCP准实时仿真系统中，变流器功率管采用IGBT开关管，其开关频率fpwm为1～20kHz；控制器的采样和PWM的开关同步。本专利技术与现有技术相比所带来的有益效果是：解决离线仿真和实物实验之间良好的衔接问题途径之一是采用硬件在回路仿真(HIL)和快速控制原型(RCP)相结合的准实时仿真系统进行系统研发和调试。离线仿真中控制器和被控对象都为虚拟的，实物实验中控制器和被控对象都是实物，而HIL采用实际的被控对象即实际的功率器件和虚拟的控制器，RCP采用的是实际的控制器和虚拟的被控对象。因此HIL和RCP能够很好的在离线仿真和实物实验之间取得良好的衔接作用，可以分别对控制器和被控对象进行充分的测试和分析，并且能够很好的解决离散时间的数学模型和连续时间的实物对象之间的耦合问题和变结构特征的时钟处理问题，对数据之间的通讯和传输问题也可以进行完全的测试。附图说明图1为HIL准实时仿真系统框架图。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于异步发电机无功补偿技术的HIL和RCP准实时仿真系统，包括HIL准实时仿真系统和RCP准实时仿真系统，其特征在于：HIL准实时仿真系统，包括真实的控制器和虚拟的异步发电机和变流器仿真模块作为被控对象；对异步发电机和变流器仿真模块进行建模，建模产生的模块经过仿真运算得到控制器控制所需的异步发电机端电压信号、变流器电流信号和变流器直流侧信号；对这些进行变比处理使其幅值保持不变，然后通过接口传输到控制器中进行运算；控制器采集到的异步发电机端电压信号、变流器电流信号和变流器直流侧信号经过控制器里的算法模块进行运算，得到调制所需的PWM波信号；异步发电机和变流器仿真模块采集控制器PWM模块传输的PWM波信号，通过捕获模块对PWM波信号的上升沿和下降沿进行重新编码，计算出占空比和中断信息；占空比和中断信息通过实时处理器的数据总线传送到异步发电机和变流器仿真模块进行仿真运算，产生的电压和电流信号传输到控制器，构成一个完整的闭环系统；RCP准实时仿真系统，包括控制器和真实的异步发电机和变流器系统作为被控对象；发电机和变流器系统产生的电压和电流信号经过变比处理送入控制器，控制器采集到外部传输来到信号之后经过计算产生驱动STATCOM的PWM波信号；控制器产生的PWM波信号强度比较弱，不足以驱动开关管，需要经过门极驱动电路送到STATCOM中，实现STATCOM的驱动控制；在HIL和RCP准实时仿真中存在不同处理器之间的数据交换和处理，两种准实时仿真系统都是在处理器中断时进行信号采样，因此需要进行时钟处理和仿真参数整定以到达最好的仿真效果。...

【技术特征摘要】
1.一种基于异步发电机无功补偿技术的HIL和RCP准实时仿真系统，包
括HIL准实时仿真系统和RCP准实时仿真系统，其特征在于：
HIL准实时仿真系统，包括真实的控制器和虚拟的异步发电机和变流器
仿真模块作为被控对象；
对异步发电机和变流器仿真模块进行建模，建模产生的模块经过仿真运
算得到控制器控制所需的异步发电机端电压信号、变流器电流信号和变
流器直流侧信号；对这些进行变比处理使其幅值保持不变，然后通过接
口传输到控制器中进行运算；控制器采集到的异步发电机端电压信号、
变流器电流信号和变流器直流侧信号经过控制器里的算法模块进行运
算，得到调制所需的PWM波信号；异步发电机和变流器仿真模块采集
控制器PWM模块传输的PWM波信号，通过捕获模块对PWM波信号
的上升沿和下降沿进行重新编码，计算出占空比和中断信息；占空比和
中断信息通过实时处理器的数据总线传送到异步发电机和变流器仿真
模块进行仿真运算，产生的电压和电流信号传输到控制器，构成一个完
整的闭环系统；
RCP准实时仿真系统，包括控制器和真实的异步发电机和变流器系统作
为被控对象；
发电机和变流器系统产生的电压和电流信号经过变比处理送入控制器，
控制器采集到外部传输来到信号之后经过计算产生驱动STATCOM的
PWM波信号；控制器产生的PWM波信号强度比较弱，不足以驱动开
关管，需要经过门极驱动电路送到STATCOM中，实现STATCOM的驱

\t动控制；
在HIL和RCP准实时仿真中存在不同处理器之间的数据交换和处理，
两种准实时仿真系统都是在处理器中断时进行信号采样，因此需要进行
时钟处理和仿真参数整定以到达最好的仿真效果。
2.根据权利要求1所述的一种基于异步发电机无功补偿技术的HIL和RCP
准实时仿真系统，其特征在于：HIL准实时仿真系统中，采用dSPACE
单板系统DS1104作为控制器，在Quanser8通过Simulink搭建异步发电
机和变流器模块作为被控对象，接口为自带接口，ADC口和DAC口之
间通过PNC数据线进行数据交换。
3.根据权利要求2所述的一种基于异步发电机无功补偿技术的HIL和RCP
准实时仿真系统，其特征在于：dSPACE单板系统DS1104作为控制器
可以产生6路死区时间可调、两两互补的PWM信号，并且占空比可以
从0～100％可调制；dSPACE单板系统通过ADC口采集从Quanser8的
DAC口传过来的异步发电机端电压信号、变流器电流信号和变流器直
流侧信号，这些信号经过在DS1104里面搭建的控制算法模块进行计算，
得出PWM信号；Quanser8通过自身的高速数字I/O口采集DS1104传
输的6路PWM波信号，经过捕获模块对PWM波...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡东，李伟，
申请(专利权)人：广州电力机车有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44