一种直驱风机低电压穿越测试平台

技术领域

本发明属于智能电网测试领域，具体涉及一种直驱风机低电压穿越测试平台。

背景技术

随能源枯竭、环境污染日益严重，新能源发电技术在世界范围内稳步发展。而风力发电变流器作为风力发电系统中的核心部件之一，在整个系统中的稳定性和可靠性要求也变得越来越严格。然而，受到研发实验室环境以及硬件条件的制约，其核心控制电路及软件代码在批量应用前，一般无法得到全面、详尽的测试，可能存在受到现场偶发事件影响的风险，影响变流器发电性能乃至整个电网的稳定性。

当前国内风力发电机主要包括永磁直驱风机和双馈风机两种，相对于双馈电机，永磁直驱式风机省去齿轮箱对寿命和维修费用的影响，具备较高的效率和较强的电容补偿能力，电网兼容性更好，更适合于低电压穿越。

在传统的风力发电变流器控制系统研发中，工程师一般采用现场测试、长时间运行机器，以及使用软件模型代替真实变流器模拟等方式对控制系统的稳定性和可靠性进行测试，然而低电压穿越的现场测试模拟真实故障状态的成本较高、各种状态难以实现、测试操作困难以及测试过程中存在样机损毁风险等问题。而软件模拟由于数据迭代计算量大，模型准确性不一致等情况，仿真速度和精度都无法真实应用，仅能提供算法层面的依据，对实际控制板出现的情况无法对应。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于一种直驱风机低电压穿越测试平台，以克服现有技术中的缺陷。

为了实现上述目的，本发明提供了一种直驱风机低电压穿越测试平台，所述测试平台包括半实物仿真平台、转接装置、核心控制板和检测设备；所述仿真平台通过所述转接装置与所述核心控制板信号连接，信号连接为双通道模式；所述核心控制板与所述检测设备信号连接；所述半实物仿真平台用于直驱风机并网及低电压穿越的仿真；所述转接装置用于高速信号的转接；所述核心控制板用于为受测风力发电变流器的核心控制电路，所述检测设备对所述核心控制板的关键信号进行检测，例如示波器。

优选的，所述半实物仿真平台包括计算机、通信线和半实物仿真器；所述计算机通过所述通信线与所述半实物仿真器通信连接，共同运行半实物仿真。

优选的，所述计算机包括直驱风机模型、双PWM变流器模型、交流电网模型、电压跌落控制模型、Speedgoat工具包和配置仿真器I\O物理地址；所述直驱风机模型的输出端Ⅰ与所述双PWM变流器模型的输入端Ⅰ电连接；所述双PWM变流器模型的输出端Ⅱ与所述交流电网模型的输入端Ⅰ、所述电压跌落控制模型的输入端Ⅰ均电连接；所述Speedgoat工具包的Ⅰ端与所述双PWM变流器模型信号连接，Ⅱ端与所述配置仿真器I\O物理地址的Ⅰ端信号连接；所述配置仿真器I\O物理地址的Ⅱ端作为所述计算机的信号输出端。

优选的，所述直驱风机模型位于同步旋转坐标系下，数学模型为：

式中，u

式中，n

优选的，所述双PWM变流器模型采用双PWM变流器拓扑，六桥臂12个开关管(S1-S12)占空比d1-d12由核心控制板的模拟量输入后经过PWM调制得到。

优选的，所述电压跌落控制模型包括电压跌落控制开关Ⅰ、电压跌落控制开关Ⅱ和跌落深度控制模型；其中，所述电压跌落控制开关Ⅰ的输入端Ⅰ与所述双PWM变流器模型的输出端Ⅱ、所述跌落深度控制模型的输入端Ⅰ均电连接；所述电压跌落控制开关Ⅰ的输出端Ⅱ与所述交流电网模型的的输入端Ⅰ、所述跌落深度控制模型的输出端Ⅱ均电连接；所述跌落深度控制模型的输出端Ⅲ与所述电压跌落控制开关Ⅱ的输入端Ⅰ电连接；所述电压跌落控制开关Ⅱ的输出端Ⅱ接地；所述电压跌落控制开关Ⅰ和所述电压跌落控制开关Ⅱ用于控制是否跌落，以及单相、两相或三相跌落类型；所述跌落深度控制模型通过调节分压阻抗实现控制电压跌落深度比例的功能。

同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1)诊断速度快：相对于数字全仿真，半实物仿真基于产品级电路板，更接近于真实情况，通过检测设备如示波器，能够准确检测从发生故障到保护的时间，系统而快速的进行功能测试。

2)检测功能全：可通过对实际风电电站风速测量数据拟合，形成具备实际风速特征的风力发电系统模型及该模型下变流器控制系统的检测分析。

附图说明

图1是本发明的直驱风机低电压穿越测试平台的系统结构框图；

图2是本发明的直驱风机模型的整体结构框图；

图3是本发明的双PWM变流器模型的电气原理图；

图4是本发明的电压跌落控制模型的结构框图。

具体实施方式

为了能够进一步了解本发明的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例附以附图详细说明如下，本附图所说明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。

首先，如图1所示，图1是本发明的直驱风机低电压穿越测试平台的系统结构框图；所述测试平台包括半实物仿真平台、转接装置、核心控制板和检测设备组成，所述半实物仿真平台由计算机、通信线和半实物仿真器组成。所述计算机包括直驱风机模型、双PWM变流器模型、交流电网模型、电压跌落控制模型、Speedgoat工具包和配置仿真器I\O物理地址。

工作原理：所述转接装置为高速信号转接装置，所述核心控制板为受测风力发电变流器的核心控制电路，所述检测设备对所述核心控制板的关键信号进行检测，例如示波器；所述直驱风机模型和所述电压跌落控制模型位于所述计算机的Matlab/Simulink软件内，在所述半实物仿真器与所述计算机通过所述通信线联合运行模型时，所述半实物仿真器通过所述转接装置向所述核心控制板进行模拟信号的输出和数字信号的交互；所述核心控制板按照自身以及所述转接装置的端口定义，获取模拟信号，接收或输出数字信号；所述半实物仿真器将speedgoat开发的软件接口嵌入到所述计算机的Simunlink中去，在建立所述双PWM变流器模型的数学模型后将S1-S12开关器件的占空比与所述核心控制板的模拟输入进行关联，形成半实物建模和仿真。

进一步的，如图2所示，图2本发明的直驱风机模型的整体结构框图；所述直驱风机模型的输出端Ⅰ与所述双PWM变流器模型的输入端Ⅰ电连接；所述双PWM变流器模型的输出端Ⅱ与所述交流电网模型的输入端Ⅰ、所述电压跌落控制模型的输入端Ⅰ均电连接；所述直驱风机模型、双PWM变流器模型、交流电网模型和电压跌落控制模型均位于所述计算机的Matlab/Simulink软件内。

此外，请参见图3，图3是本发明的双PWM变流器模型的电气原理图；所述半实物仿真器的软件接口嵌入到Simunlink中去，在建立所述双PWM变流器模型后，将六桥臂12个开关管(S1-S12)的占空比与核心控制板的模拟输入进行关联，通过由核心控制板的模拟量输入后经过PWM调制得到。

另外，请参见图4，图4是本发明的电压跌落控制模型的结构框图；所述电压跌落控制模型包括电压跌落控制开关Ⅰ、电压跌落控制开关Ⅱ和跌落深度控制模型；所述电压跌落控制开关Ⅰ的输入端Ⅰ与所述双PWM变流器模型的输出端Ⅱ、所述跌落深度控制模型的输入端Ⅰ均电连接；所述电压跌落控制开关Ⅰ的输出端Ⅱ与所述交流电网模型的的输入端Ⅰ、所述跌落深度控制模型的输出端Ⅱ均电连接；所述跌落深度控制模型的输出端Ⅲ与所述电压跌落控制开关Ⅱ的输入端Ⅰ电连接；所述电压跌落控制开关Ⅱ的输出端Ⅱ接地；所述电压跌落控制开关Ⅰ和所述电压跌落控制开关Ⅱ用于控制是否跌落，以及单相、两相或三相跌落类型；所述跌落深度控制模型通过调节分压阻抗实现控制电压跌落深度比例的功能。

所述交流电网模型的数学模型，其三相电压方程如下：

u

式中，U

所述交流电网模型可设置等效阻抗，其中可设置电网的感抗为Ls，等效阻抗为Rs。

最后，本发明的一种直驱风机低电压穿越测试平台，其具体的技术特点如下：

本发明基于半实物仿真的灵活性和高准确性，结合前沿的风力发电机、电网、变流器模型，以及speedgoat在Matlab/Simulink库中满足各种要求的模型和接口，提供基于speedgoat的风力发电变流器控制系统测试平台；将半实物仿真器用于验证产品级控制系统，可以有效降低研发成本，增加系统测试的速度和准确性，降低测试过程中的风险，使得控制系统可以经受长时间运行的考验。

需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。