雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、在人類一次能源日益減少，環(huán)境日益惡化的今天，風(fēng)能作為一種清潔可再生原源受到了全世界的關(guān)注。隨著技術(shù)進(jìn)步和環(huán)境保護(hù)事業(yè)的發(fā)展，風(fēng)能市場也迅速發(fā)展起來。自2004年以來，全球風(fēng)力發(fā)電量翻了一番。預(yù)計(jì)未來20-25年內(nèi)，風(fēng)能發(fā)電在商業(yè)上將完全可以與火力發(fā)電競爭。近年來風(fēng)力發(fā)電市場爆發(fā)式增長的局面。因?yàn)閭鹘y(tǒng)測(cè)試平臺(tái)投資成本高，風(fēng)機(jī)測(cè)試驗(yàn)證能源消耗巨大和測(cè)試覆蓋率低等問題，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組無法得到充分測(cè)試，無法滿足所有工況下的產(chǎn)品性能測(cè)試，導(dǎo)致風(fēng)力

2、發(fā)電機(jī)組可靠性低，質(zhì)量缺陷引發(fā)各種重大安全事故。傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電測(cè)試平臺(tái)測(cè)試覆蓋率低，無法實(shí)現(xiàn)多個(gè)機(jī)型兼容一個(gè)測(cè)試平臺(tái)等缺陷。安全事故暴露的各種測(cè)試盲點(diǎn)，也對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)的提出了更高的要求。如何在保證產(chǎn)品的質(zhì)量的前提下，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制代碼和算法的自動(dòng)化測(cè)試，開發(fā)靈活，多種測(cè)試機(jī)型可配置的高精度自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)已經(jīng)刻不容緩。
　　在此背景下，本文闡述了一種對(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)（Doubly-Fed Induction Gene

3、rator,簡稱DFIG）進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證的新型硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)。將已經(jīng)在汽車電子中得到廣泛應(yīng)用的硬件在環(huán)實(shí)時(shí)仿真測(cè)試系統(tǒng)，運(yùn)用到風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的測(cè)試驗(yàn)證中。本測(cè)試平臺(tái)通過風(fēng)力發(fā)電核心控制器+軟件模型，以半實(shí)物+半仿真的硬件在環(huán)方式實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的測(cè)試驗(yàn)證。用軟件的方式將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電氣部件轉(zhuǎn)換為實(shí)時(shí)模型，解決了傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)實(shí)物測(cè)試的缺陷，避免了現(xiàn)場實(shí)物測(cè)試的危險(xiǎn)性和對(duì)各種風(fēng)況輸入測(cè)試條件的依賴；可以靈活的改變測(cè)試條件，并且可以實(shí)現(xiàn)各

4、種測(cè)試機(jī)型的快速切換，不僅降低了測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)成本和測(cè)試成本，也提高了產(chǎn)品測(cè)試精度和測(cè)試覆蓋率。
　　文中提到的硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)通過電磁暫態(tài)仿真軟件StarSim將被測(cè)對(duì)象的電氣模型轉(zhuǎn)換為StarSim實(shí)時(shí)模型。StarSim實(shí)時(shí)模型轉(zhuǎn)換為LabVIEW Express VI，然后轉(zhuǎn)換為可以執(zhí)行的LabVIEW代碼運(yùn)行在National Instruments（簡稱NI）公司基于PXI總線的實(shí)時(shí)CPU和FPGA硬件平臺(tái)上。通過硬件

5、接口和被測(cè)對(duì)象進(jìn)行物理連接，硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)通過實(shí)時(shí)仿真將模型中電壓和電流信號(hào)通過FPGA輸出模塊提供給被測(cè)對(duì)象，該被測(cè)對(duì)象根據(jù)接收到的電壓和電流信號(hào)，提供一個(gè)反饋信號(hào)給硬件在環(huán)系統(tǒng)，進(jìn)而構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)。
　　本文的具體研究工作如下：
　　第一，研究硬件在環(huán)基本原理，發(fā)展歷史。明確風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)的研究目的和研究前景。綜合分析硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，了解國內(nèi)外風(fēng)電企業(yè)和各高校對(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)硬件

6、在環(huán)的開發(fā)情況。
　　第二，提出風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)方案；綜合分析國內(nèi)外對(duì)電氣模型軟件實(shí)現(xiàn)的發(fā)展和成果。
　　第三，根據(jù)設(shè)計(jì)方案和所要匹配的測(cè)試風(fēng)力發(fā)電機(jī)型對(duì)軟件和硬件進(jìn)行選型。本文主要基于NI公司的LabVIEW軟件和PXI總線的硬件系統(tǒng)作為系統(tǒng)的構(gòu)成。
　　第四，硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。LabVIEW完成實(shí)時(shí)仿真的軟件實(shí)現(xiàn)；基于PXI總線的FPGA，工業(yè)CPU和輸入輸出模塊構(gòu)成硬件部分，向被測(cè)對(duì)象的核心控