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關(guān)于研旭
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服務(wù)支持
解決方案
SOLUTION
研旭YX-WPG1000基于模型設(shè)計(jì)風(fēng)力發(fā)電創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)平臺(tái)
關(guān)鍵詞：
電力電子實(shí)驗(yàn)
基于模型設(shè)計(jì)
快速原型控制
YXRCP
風(fēng)力發(fā)電
實(shí)訓(xùn)平臺(tái)
研旭YX-WPG1000
所屬分類：
新工科實(shí)訓(xùn)平臺(tái)
風(fēng)力發(fā)電教學(xué)科研實(shí)訓(xùn)平臺(tái)
新工科教學(xué)科研實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)
風(fēng)力發(fā)電教學(xué)科研實(shí)訓(xùn)平臺(tái)
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方案介紹
一、基于模型開發(fā)MBD半實(shí)物仿真
研旭驅(qū)動(dòng)控制器可通過編程接口實(shí)現(xiàn)自由編程。借助YXSPACE-SP1000實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可在Matlab®/Simulink®中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜變速驅(qū)動(dòng)的快速仿真，然后將生成的代碼程序?qū)懭腧?qū)動(dòng)控制器中。在可變負(fù)載條件下，學(xué)生還可以使用拓展工具對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)雜分析。Matlab®/Simulink®是高等院校廣泛使用的實(shí)驗(yàn)和科研軟件，研旭電力電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)硬件系統(tǒng)與該軟件的實(shí)時(shí)互動(dòng)操作，為電力電子和驅(qū)動(dòng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研提供了一種新方式。
二、南京研旭風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)
在風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的國際環(huán)境下，風(fēng)力發(fā)電水平不斷提高。科研實(shí)驗(yàn)室作為各種新理論和新技術(shù)的孕育搖籃，其先期的研究和驗(yàn)證對(duì)風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展和前進(jìn)起著至關(guān)重要的引導(dǎo)和推動(dòng)作用。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究最直接有效的方法是將風(fēng)力發(fā)電機(jī)與風(fēng)力機(jī)相連，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際試驗(yàn)。但是鑒于所需要的風(fēng)場(chǎng)環(huán)境以及體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的槳葉設(shè)備，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)不可能具備條件，只能在室外進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。但是，受環(huán)境、自然因素、天氣條件等影響，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)困難重重，比如：無法自由的對(duì)風(fēng)速進(jìn)行變化，某些高風(fēng)速下的極限測(cè)試只能在極少數(shù)情況下得以實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)，人力、物力、經(jīng)費(fèi)投入大；新理論和新技術(shù)存在諸多的未知數(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的好壞難以預(yù)測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試風(fēng)險(xiǎn)巨大；電氣設(shè)備的運(yùn)算和安裝不便，不同容量設(shè)備難以在同一風(fēng)力系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)；這些因素都要求在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)構(gòu)建模擬系統(tǒng)來模擬實(shí)際風(fēng)力機(jī)的真實(shí)工作特性勢(shì)在必行。
研旭風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)部分主要包括：
1）調(diào)速變頻器和三相永磁調(diào)速電機(jī)來模擬實(shí)際的風(fēng)力機(jī)；
2）永磁調(diào)速電機(jī)通過聯(lián)軸器帶動(dòng)永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)發(fā)電；
3）發(fā)電機(jī)定子輸出連接可控整流器，將發(fā)電機(jī)發(fā)出的三相交流電整流成直流電；
4）并網(wǎng)逆變器直流輸入連接可控整流器直流輸出，將直流電逆變?yōu)榉喜⒕W(wǎng)要求的交流電，饋入主網(wǎng)；
5）監(jiān)控軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)整流器、逆變器等設(shè)備的數(shù)據(jù)監(jiān)控以及記錄保存；
三、系統(tǒng)特點(diǎn)
√系統(tǒng)采用風(fēng)力對(duì)拖機(jī)組來模擬實(shí)際的風(fēng)力機(jī)，方便在室內(nèi)條件下靈活做相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。
√采用定葉尖速比VF控制模型，可設(shè)置切入風(fēng)速、切出風(fēng)速、額定風(fēng)速、最大模擬半徑等，可自定義設(shè)置風(fēng)速和運(yùn)行時(shí)間。
√系統(tǒng)中的AC-DC-AC變流器，可實(shí)現(xiàn)三相電機(jī)的可控整流，發(fā)電機(jī)發(fā)出的三相交流電整流成直流電，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)直流輸入連接可控整流器直流輸出，將直流電逆變?yōu)榉喜⒕W(wǎng)要求的交流電。
√提供兩種控制器選擇（默認(rèn)為RCP模型控制），DSP編程和RCP模型控制（Simulink快速原型開發(fā)），兩種模式可應(yīng)用于不同的開發(fā)階段和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。
√DSP模式下，可通過C代碼編程方式實(shí)現(xiàn)變流模塊的電能變換、故障保護(hù)、UI交互以及模式策略的變更等，熟悉掌握工業(yè)控制的開發(fā)流程。
√RCP模式下，可通過Simiulink模型配合上位機(jī)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)完成變流模塊的控制功能，圖形化的控制方式更容易上手，實(shí)時(shí)交互調(diào)試模式使核心算法的調(diào)試更為有效便捷。
√提供整體系統(tǒng)的Simulink離線仿真模型，可與實(shí)際物理設(shè)備一一對(duì)應(yīng)，對(duì)比運(yùn)行效果。
√整體系統(tǒng)采用開源模式，提供完整的硬件原理圖、接口圖、DSP軟件源代碼、Similink完整可運(yùn)行模型。具備非常靈活的二次開發(fā)的基礎(chǔ)，方便做各類教學(xué)和科研實(shí)驗(yàn)。
四、系統(tǒng)組成
YX-GPV1000基于模型設(shè)計(jì)風(fēng)力發(fā)電實(shí)訓(xùn)平臺(tái)組成主要包括：
（1）模擬風(fēng)機(jī)對(duì)拖臺(tái)架；
（2）模擬風(fēng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)；
（3）接口測(cè)量箱
（4）SP1000PLUS快速原型控制器
（5）交流負(fù)載及配電箱
（6）儲(chǔ)能雙向DC-AC變流模塊
（7）柜體及配件
（8）配套的Simulink/DSP例程及軟硬件開源資料。
五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：
4.1 Matlab/Simulink軟件仿真基礎(chǔ)
1、電力電子技術(shù)概念
2、電力電子器件概述
3、Matlab及Simulink介紹
4、PWM的基本原理和控制方法
5、PWM在Simulink的生成
6、SPWM的基本原理和控制方法
7、SPWM在Simulink的生成
4.2 基于模型開發(fā)（MBD）半實(shí)物仿真介紹
1、基于模型開發(fā)（MBD）理念介紹
2、快速原型控制器（RCP）介紹
3、RCP控制器與matlab對(duì)接操作
4.3 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)介紹
1、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)整體原理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)
2、直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)組成
3、風(fēng)力曲線設(shè)定模擬試驗(yàn)
4、切入風(fēng)速、切出風(fēng)速、額定風(fēng)速、最大模擬半徑的關(guān)系
5、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與輸出電壓關(guān)系實(shí)驗(yàn)
4.4 風(fēng)力交流-直流整流實(shí)驗(yàn)
1、風(fēng)力AC-DC-AC背靠背變流離線仿真實(shí)驗(yàn)
2、半實(shí)物控制-模擬量電壓、電流采集實(shí)驗(yàn)
3、半實(shí)物控制-SVPWM空間矢量控制算法實(shí)驗(yàn)
4、半實(shí)物控制-三相電機(jī)可控整流實(shí)驗(yàn)
5、半實(shí)物控制-風(fēng)力并網(wǎng)外環(huán)電壓PI算法及控制實(shí)驗(yàn)
6、半實(shí)物控制-風(fēng)力并網(wǎng)內(nèi)環(huán)電流PI算法及控制實(shí)驗(yàn)
4.5 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)
1、風(fēng)力離網(wǎng)逆變帶負(fù)載閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)
2、風(fēng)力發(fā)電背靠背AC-DC-AC聯(lián)合運(yùn)行實(shí)驗(yàn)
六、研旭快速原型控制器（RCP）
√ 采用目前市面成品常用的控制芯片作為CPU，其仿真結(jié)果針對(duì)實(shí)際研究更具有參考性；
√ 保護(hù)機(jī)制齊全，此部分不需要用戶實(shí)際搭建保護(hù)模型，只需配置控制量的極限值即可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)保護(hù)，讓用戶不用為安全保護(hù)費(fèi)心，更多的關(guān)注于核心控制算法；
√ 模型與硬件接口鏈接簡(jiǎn)單，只需記住端口編號(hào)即可，更不用配置硬件各類細(xì)節(jié)，免去一切不必要的麻煩；
√ 具備自主編寫的驅(qū)動(dòng)庫，可以直接導(dǎo)入到Simulink庫中，用戶可以直接在Matlab軟件中拖動(dòng)相應(yīng)的硬件元件庫，將模型中的數(shù)據(jù)直接與硬件對(duì)接，無需再花費(fèi)時(shí)間去查詢硬件映射。8種庫文件，可適用于各種工程調(diào)試需求。
YXSPACE-VIEW軟件
VIEW軟件中包含控制器設(shè)置以及組態(tài)區(qū)。其中控制器設(shè)置界面共有4類控制器設(shè)置，包括仿真步長(zhǎng)設(shè)置，DO控制源設(shè)置，QEP/CAP模式設(shè)置，PWM模塊設(shè)置。 組態(tài)區(qū)主要包括功能按鈕、組態(tài)控件、工作區(qū)等。
√ 創(chuàng)新的交互式實(shí)驗(yàn)課程軟件，提供進(jìn)行實(shí)驗(yàn)所需的各種支持。它不僅提供實(shí)驗(yàn)過程指導(dǎo)，還提供相關(guān)理論知識(shí)講解介紹，記錄測(cè)量結(jié)果，并可導(dǎo)出各類數(shù)據(jù)。
√ 實(shí)驗(yàn)課程軟件需集成所有的實(shí)驗(yàn)例程，統(tǒng)一在一個(gè)軟件中運(yùn)行，可一鍵打開，自動(dòng)完成程序的下載、仿真以及數(shù)據(jù)的在線觀測(cè)。
√ 實(shí)驗(yàn)課程軟件需提供進(jìn)行實(shí)驗(yàn)所需的各種支持。包括但不限于實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，相關(guān)理論知識(shí)講解、自動(dòng)記錄實(shí)驗(yàn)過程中的各種數(shù)據(jù)，導(dǎo)出各類數(shù)據(jù)。
√ 支持Matlab運(yùn)行環(huán)境及Simulink實(shí)驗(yàn)仿真模型，結(jié)合實(shí)驗(yàn)課程，可直接一鍵打開模型并自動(dòng)搭建UI界面，提供離線模式和在線模型，可直接進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
√ 每一個(gè)例程都提供離線仿真模型和實(shí)物控制模型，學(xué)生導(dǎo)入模型，進(jìn)行虛擬仿真和實(shí)物控制的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
七、桌面型功率模塊YXPHM
YXPHM系列采用基于模型設(shè)計(jì)的理念，脫胎于研旭成熟產(chǎn)品風(fēng)力并網(wǎng)逆變器與風(fēng)機(jī)變流器等成熟產(chǎn)品，又結(jié)合了研旭多年的模塊化組件與開放式平臺(tái)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)電路、傳感器電路、信號(hào)處理電路進(jìn)一步集成，同時(shí)提供實(shí)際控制器接口、快速原型控制器結(jié)構(gòu)與實(shí)際控制器模塊，為用戶提供性價(jià)比更好的模塊化產(chǎn)品。
YXPHM多功能桌面型電力電子功率轉(zhuǎn)換平臺(tái)，采用積木式搭建形式，將功率轉(zhuǎn)換電路中的電感，電容，功率開關(guān)等器件方便的組合在一起，形成電力電子積木PEBB（Power Electronics Building Block）。
開發(fā)平臺(tái)包括硬件部分、軟件驅(qū)動(dòng)，是針對(duì)高校開展電力電子技術(shù)研究推出的一種開放式的二次開發(fā)教學(xué)科研平臺(tái)。該平臺(tái)在硬件上采用分體化設(shè)計(jì)，控制板、采集板、功率板、電容板等模塊化，外殼采用透明的亞克力板材，美觀實(shí)用，用戶可以方便觀察內(nèi)部的硬件結(jié)構(gòu)。同時(shí)頂蓋可以打開，方便進(jìn)行相關(guān)信號(hào)的測(cè)量。
主要功能
1.模塊拓展：采用模塊化設(shè)計(jì)，用戶可以定制所需要的拓?fù)洌峁╅_源軟件模塊，用戶可進(jìn)行二次開發(fā)。可進(jìn)行多種拓?fù)涠ㄖ疲?br />
2.開放設(shè)計(jì)：開放給用戶硬件原理圖、硬件設(shè)計(jì)說明以及軟件模塊如底層驅(qū)動(dòng)，控制算法等。
3.安全穩(wěn)定：設(shè)計(jì)了健全的保護(hù)機(jī)制，軟件方面有過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過流速斷保護(hù)、IGBT過熱保護(hù)、通訊保護(hù)等；硬件方面有短路保護(hù)、IGBT過流保護(hù)等。
4.半實(shí)物仿真：方便與研旭YXspace控制器、NI控制器、RT-LAB控制器、dSPACE控制器等數(shù)字實(shí)時(shí)仿真器對(duì)接，可提供相應(yīng)的數(shù)字轉(zhuǎn)接板，免去客戶硬件設(shè)計(jì)之憂。
研旭主控CPU采用目前流行的DSP，型號(hào)為TI公司的TMS320F28335，其32位浮點(diǎn)處理能力，非常適用于變流器控制場(chǎng)合。通過傳感器分別采集三相交流電流、三相交流電壓、直流側(cè)電壓、電流以及溫度等信息送給DSP，然后DSP經(jīng)過特定的算法，輸出PWM調(diào)制波控制開關(guān)器件，從而可以實(shí)現(xiàn)直流變交流或者交流變直流能量雙向流動(dòng)。除此之外，信號(hào)處理電路還預(yù)留的外部控制器接口，方便對(duì)接RCP控制器，如DSPACE、RT-LAB、SPEEDGOAT、PLEX、YXSPACE等。
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