一种基于实时代码生成的风力发电试验平台及其试验方法技术

本发明专利技术涉及一种基于实时代码生成的风力发电试验平台及其试验方法，平台包括永磁电机、双馈电机、永磁电机变频器、双馈电机变频器、永磁电机DSP控制系统、双馈电机DSP控制系统、接触器和上位机；当双馈电机作为发电机时，永磁电机作为原动机，开展双馈风力发电实验；永磁电机作为发电机时，双馈电机作为原动机，进行永磁电机风力发电实验，实现平台多种功能；在上位机MATLAB应用模块的Simulink开发环境中搭建控制系统数学模型和机械系统数学模型，通过实时工作间的实时代码生成功能生成基于TMS320F28335DSP的程序代码并自动下载到目标板卡，自动完成控制系统和机械模型的DSP代码编写。本发明专利技术提供的技术方案能够提高开发效率，提高算法的准确率，节约成本，节约时间和空间。

Wind power generation test platform based on real time code generation and test method thereof

The invention relates to a wind power generation experiment platform based on real-time code and test methods, including platform of permanent magnet motor, doubly fed motor, permanent magnet motor frequency converter, doubly fed motor inverter, control system, permanent magnet motor DSP double fed motor DSP control system, contactor and PC; when the double fed motor as a generator as a prime mover, permanent magnet motor, carry out double fed wind power generation experiment; permanent magnet motor as a generator, doubly fed motor as the prime mover, permanent magnet motor wind power generation experiment, to achieve a variety of functions; build the mathematical model of the control system and the mechanical system model in PC MATLAB Application module Simulink development environment. Through the function of real-time code generation time generation TMS320F28335DSP based program and automatically downloaded to the target board, automatic control DSP code for system and mechanical models. The technical proposal provided by the invention can improve the development efficiency, improve the accuracy rate of the algorithm, save the cost, and save time and space.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种风力发配电
的试验平台及其试验方法，具体讲涉及一种基于实时代码生成的风力发电试验平台及其试验方法。
技术介绍
风力发电作为可再生能源的主要方式得到了极大的重视，每年装机容量和发电量占总耗电量的比重逐年增加。双馈风力发电机的风电机组是目前的主流机型，而永磁发电机的直驱技术在海上风电领域越来越受到青睐。风电机组运行主要涉及到风力发电机的励磁控制、转矩控制、PWM调制技术等，在基于功率的控制算法中有功、无功的控制是主要指标。此外，最大功率追踪则是具有普遍意义的控制算法。除了与电气有关的部分之外，涉及风电机组机械系统的桨距调节技术通常和电气控制技术配合使用，完成风电机组的启停、低电压穿越功能。考虑到经济性、安全性、可行性等因素，科研人员通常首先在试验室环节中利用风力发电试验平台对各部分的设计和控制策略进行试验研究。现阶段风力发电试验平台大多采用原动机和发电机同轴对拖连接，由原动机模拟风吹动叶轮产生转矩带动发电机旋转。发电机的变频器控制采用DSP芯片并需要手动编写程序代码。这种试验平台主要存在以下缺点：1、控制算法从离线仿真到DSP代码实现过程繁琐，试验平台原动机的模拟系统需要模拟风机的最大风能捕获原理、机械系统高阶响应原理、风剪塔影效应、不同风速下转矩转速变化、风场尾流效应、变桨距系统等复杂的结构特点，将上述各项模拟功能用DSP实现则需要编写数量庞大数值计算的代码和辅助程序，实际调试费时、费力，准确性低，大部分精力浪费在代码编写的准确性和程序逻辑的正确上，而非模型本身。2、风力发电采用双馈发电机和直驱发电机，二者具有不同的机械结构和控制算法，为了开展试验往往各自研制一套试验平台，变频器、控制器、拖动电机、拖动控制器等等都需要重复建设，增加投资，并且占用时间、空间。
技术实现思路
为解决上述现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供一种基于实时代码生成的风力发电试验平台及其试验方法，本专利技术设计在MATLAB2013a的Simulink环境中建立模型，离线仿真正确后直接利用RTW实时代码生成技术生成代码下载到控制原动机的DSP中，省去了重新编写DSP程序的过程，不但可以提高平台开发效率，也能提高算法的准确率，节约成本，节约时间和空间。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键、重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：本专利技术提供一种基于实时代码生成的风力发电试验平台，其改进之处在于，所述风力发电试验平台包括永磁电机、双馈电机、永磁电机变频器、双馈电机变频器、永磁电机DSP控制系统、双馈电机DSP控制系统、接触器和上位机；所述永磁电机与双馈电机同轴连接，永磁电机定子与所述永磁电机变频器连接，所述永磁电机变频器通过接触器与电网连接；双馈电机定子通过接触器与电网连接，双馈电机转子与双馈电机变频器的一侧连接，所述双馈电机变频器的另一侧通过接触器与电网连接；所述永磁电机DSP控制系统的PWM输出与永磁电机变频器的IGBT驱动器连接，永磁电机DSP控制系统的JTAG仿真器与上位机连接；所述双馈电机DSP控制系统的PWM输出与双馈电机变频器的IGBT驱动器连接，双馈电机DSP控制系统的JTAG仿真器与上位机连接。进一步地，所述永磁电机DSP控制系统和双馈电机DSP控制系统均包括基于TMS320F28335DSP的原动机控制器、分别与基于TMS320F28335DSP的原动机控制器连接的FPGA_1、FPGA_2、AD采样电路、数字I/O模块、CAN总线控制器、JTAG仿真器、时钟信号模块、电源模块、转矩角控制信号模块、风速输入信号模块、启动、停止和保护信号模块以及正交编码信号模块；所述FPGA_1与逆变器光纤接口连接；所述FPGA_2与整流器光纤接口连接；所述AD采样电路与信号调理滤波电路连接。进一步地，所述基于TMS320F28335DSP的原动机控制器用于运行风力发电机组的机械系统数学模型，得到原动机转矩给定值，并将原动机转矩给定值传递给永磁电机DSP控制系统或双馈电机DSP控制系统，通过永磁电机DSP控制系统或双馈电机DSP控制系统计算后得到电压给定值通过查表得到PWM波形信号，并发送给逆变器或整流器的光纤收发器，由光纤将PWM信号传给永磁电机变频器或双馈电机变频器的IGBT模块；所述基于TMS320F28335DSP的原动机控制器用于模拟风力发电机机械系统模型和风力发电机变流器控制策略低电压穿越策略；所述FPGA_2运行整流器控制系统，通过运算得到整流器输出电压信号，查表后得到PWM信号，并发送给与整流器相连接的光纤收发器，通过光纤传递给永磁电机变频器或双馈电机变频器的IGBT模块；风力发电试验平台试验过程中的变量和参数信息通过CAN总线控制器上传至上位机，上位机用于显示波形；基于TMS320F28335DSP的原动机控制器通过数字I/O模块发送和接收数字指令，所述指令包括并网接触器开关信号、外部传感器输入信号和故障状态信号；电压和电流模拟量通过信号调理滤波电路和AD采样电路输入到基于TMS320F28335DSP的原动机控制器，基于TMS320F28335DSP的原动机控制器用于反馈控制和系统保护；在风力发电试验平台中与永磁电机或双馈电机同轴的正交编码测速仪得到转速的正交编码信号传递到正交编码信号模块，所述正交编码信号模块用于检测变速恒频控制中的转速；所述联接上位机和永磁电机或双馈电机DSP控制系统的JTAG仿真器用于实现上位机的模型代码下载和变量实时上传功能。进一步地，所述永磁电机变频器和双馈电机变频器均采用背靠背结构；所述背靠背结构包括两个完全相同的三相两电平变流器；所述三相两电平变流器由6只IGBT组成。进一步地，所述上位机安装有MATLAB应用模块。进一步地，所述风力发电试验平台作为永磁风力发电机试验平台或双馈风力发电机试验平台；当风力发电试验平台工作在永磁风力发电模式时，双馈电机作为原动机，模拟风力吹动叶轮后整个风电机组机械响应；当风力发电试验平台运行在双馈风力发电模式时，永磁电机作为原动机，模拟风力吹动叶轮后整个风电机组机械响应。本专利技术还提供一种基于实时代码生成的风力发电试验平台的试验方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：搭建基于实时代码生成的风力发电试验平台；建立用于永磁电机DSP控制系统或双馈电机DSP控制系统实时代码生成的Simulink(Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境)数学模型；针对自动代码生成模拟机械系统数学模型所设计的原动机控制器。进一步地，搭建的基于实时代码生成的风力发电试验平台能够运行在永磁风力发电模式或双馈风力发电模式；当试验平台运行在永磁风力发电模式时，双馈电机作为原动机，模拟风力吹动叶轮后整个风电机组机械响应；当试验平台运行在双馈风力发电模式时，永磁电机作为原动机，模拟风力吹动叶轮后整个风电机组机械响应。进一步地，当试验平台运行在永磁风力发电模式时，双馈电机作为原动机，永磁电机作为发电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于实时代码生成的风力发电试验平台，其特征在于，所述风力发电试验平台包括永磁电机、双馈电机、永磁电机变频器、双馈电机变频器、永磁电机DSP控制系统、双馈电机DSP控制系统、接触器和上位机；所述永磁电机与双馈电机同轴连接，永磁电机定子与所述永磁电机变频器连接，所述永磁电机变频器通过接触器与电网连接；双馈电机定子通过接触器与电网连接，双馈电机转子与双馈电机变频器的一侧连接，所述双馈电机变频器的另一侧通过接触器与电网连接；所述永磁电机DSP控制系统的PWM输出与永磁电机变频器的IGBT驱动器连接，永磁电机DSP控制系统的JTAG仿真器与上位机连接；所述双馈电机DSP控制系统的PWM输出与双馈电机变频器的IGBT驱动器连接，双馈电机DSP控制系统的JTAG仿真器与上位机连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于实时代码生成的风力发电试验平台，其特征在于，所述风力发电试验平台包括永磁电机、双馈电机、永磁电机变频器、双馈电机变频器、永磁电机DSP控制系统、双馈电机DSP控制系统、接触器和上位机；所述永磁电机与双馈电机同轴连接，永磁电机定子与所述永磁电机变频器连接，所述永磁电机变频器通过接触器与电网连接；双馈电机定子通过接触器与电网连接，双馈电机转子与双馈电机变频器的一侧连接，所述双馈电机变频器的另一侧通过接触器与电网连接；所述永磁电机DSP控制系统的PWM输出与永磁电机变频器的IGBT驱动器连接，永磁电机DSP控制系统的JTAG仿真器与上位机连接；所述双馈电机DSP控制系统的PWM输出与双馈电机变频器的IGBT驱动器连接，双馈电机DSP控制系统的JTAG仿真器与上位机连接。2.如权利要求1所述的风力发电试验平台，其特征在于，所述永磁电机DSP控制系统和双馈电机DSP控制系统均包括基于TMS320F28335DSP的原动机控制器、分别与基于TMS320F28335DSP的原动机控制器连接的FPGA_1、FPGA_2、AD采样电路、数字I/O模块、CAN总线控制器、JTAG仿真器、时钟信号模块、电源模块、转矩角控制信号模块、风速输入信号模块、启动、停止和保护信号模块以及正交编码信号模块；所述FPGA_1与逆变器光纤接口连接；所述FPGA_2与整流器光纤接口连接；所述AD采样电路与信号调理滤波电路连接。3.如权利要求2所述的风力发电试验平台，其特征在于，所述基于TMS320F28335DSP的原动机控制器用于运行风力发电机组的机械系统数学模型，得到原动机转矩给定值，并将原动机转矩给定值传递给永磁电机DSP控制系统或双馈电机DSP控制系统，通过永磁电机DSP控制系统或双馈电机DSP控制系统计算后得到电压给定值通过查表得到PWM波形信号，并发送给逆变器或整流器的光纤收发器，由光纤将PWM信号传给永磁电机变频器或双馈电机变频器的IGBT模块；所述基于TMS320F28335DSP的原动机控制器用于模拟风力发电机机械系统模型和风力发电机变流器控制策略低电压穿越策略；所述FPGA_2运行整流器控制系统，通过运算得到整流器输出电压信号，查表后得到PWM信号，并发送给与整流器相连接的光纤收发器，通过光纤传递给永磁电机变频器或双馈电机变频器的IGBT模块；风力发电试验平台试验过程中的变量和参数信息通过CAN总线控制器上传至上位机，上位机用于显示波形；基于TMS320F28335DSP的原动机控制器通过数字I/O模块发送和接收数字指令，所述指令包括并网接触器开关信号、外部传感器输入信号和故障状态信号；电压和电流模拟量通过信号调理滤波电路和AD采样电路输入到基于TMS320F28335DSP的原动机控制器，基于TMS320F28335DSP的原动机控制器用于反馈控制和系统保护；在风力发电试验平台中与永磁电机或双馈电机同轴的正交编码测速仪得到转速的正交编码信号传递到正交编码信号模块，所述正交编码信号模块用于检测变速恒频控制中的转速；所述联接上位机和永磁电机或双馈电机DSP控制系统的JTAG仿真器用于实现上位机的模型代码下载和变量实时上传功能。4.如权利要求1所述的风力发电试验平台，其特征在于，所述永磁电机变频器和双馈电机变频器均采用背靠背结构；所述背靠背结构包括两个完全相同的三相两电平变流器；所述三相两电平变流器由6只IGBT组成。5.如权利要求1所述的风力发电试验平台，其特征在于，所述上位机安装有MATLAB应用模块。6.如权利要求1所述的风力发电试验平台，其特征在于，所述风力发电试验平台作为永磁风力发电机试验平台或双馈风力发电机试验平台；当风力发电试验平台工作在永磁风力发电模式时，双馈电机作为原动机，模拟风力吹动叶轮后整个风电机组机械响应；当风力发电试验平台运行在双馈风力发电模式时，永磁电机作为原动机，模拟风力吹动叶轮后整个风电机组机械响应。7.一种如权利要求1-6中任一项所述的基于实时代码生成的风力发电试验平台的试验方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：搭建基于实时代码生成的风力发电试验平台；建立用于永磁电机DSP控制系统或双馈电机DSP控制系统实时代码生成的Simulink数学模型；针对自动代码生成模拟机械系统数学模型所设计的原动机控制器。8.如权利要求7所述的试验方法，其特征在于，搭建的基于实时代码生成的风力发电...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洋，石文辉，张兴，李光辉，汤海雁，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京;11