專利名稱：一種風力發(fā)電半實物仿真測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及風力發(fā)電半實物仿真測試平臺的技術(shù)，屬于新能源發(fā)電技術(shù)領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
在可預(yù)計的一段時間內(nèi)，隨著世界經(jīng)濟發(fā)展，能源的消耗將急劇增加，然而由于我 國資源的相對匱乏以及不可再生資源的消耗對于環(huán)境的破壞，使得我國將在未來一段時間 內(nèi)長期面臨著環(huán)境和資源的雙重壓力，發(fā)展包括風力發(fā)電在內(nèi)的可再生能源是中國能源困 境的最終解決辦法。在中國風力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備制造已有相當規(guī)模，但是在風力發(fā)電系統(tǒng)設(shè) 備的開發(fā)和研究中，極其缺乏一整套易于操作的解決設(shè)計、分析和驗證的平臺。傳統(tǒng)上常用 兩種方式來解決這個問題一是在真實的風電場中進行驗證研究，但是這種對于風力發(fā)電 設(shè)備的驗證不僅投資巨大，而且還會面臨試驗風場風速的間歇性和不穩(wěn)定性，并具有一定 的危險性，導致這種方式往往使用效率極其低下。為了克服上述方法存在的問題，許多研究 機構(gòu)和公司采用電動機模擬風力機特性的辦法，解決風力發(fā)電設(shè)備驗證的問題。實際上，由 于風力機的結(jié)構(gòu)參數(shù)和性質(zhì)極其復(fù)雜，目前所用于模擬風力機特性的手段僅考慮了風力機 在理想情況下的氣動轉(zhuǎn)矩，忽視了現(xiàn)代大型風力發(fā)電機組中，葉片的柔韌性、塔架的扭曲、 噪聲和振動對于風力機的影響，因此該方法能夠獲得的效果值得懷疑。為了適應(yīng)現(xiàn)代大型 風力機的最新發(fā)展趨勢，充分考慮風力機結(jié)構(gòu)參數(shù)和性質(zhì)的特性，搭建出一套完整、可行、 準確、廉價的半實物仿真測試平臺，對于真實風力發(fā)電設(shè)備的驗證和應(yīng)用，有著非常重要的 現(xiàn)實意義。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本實用新型的目的在于提供一種風力發(fā)電半實物仿真測試裝置，對被 測試的風力發(fā)電設(shè)備構(gòu)建完整的虛擬風力發(fā)電系統(tǒng)，能進行風力發(fā)電設(shè)備的性能測試和校 驗工作，提高被測試設(shè)備的運行數(shù)據(jù)的準確性和可靠性，降低新產(chǎn)品開發(fā)成本，加快開發(fā)進度。技術(shù)方案本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的此發(fā)明是基于xPC技術(shù)(xPC技術(shù)是 由MathWorks公司提供的，其將在Simulink中搭建的模型，通過RTW產(chǎn)生代碼，最后下載到 另一個PC機上運行xPC Target實時內(nèi)核)的風力發(fā)電半實物仿真測試平臺，該平臺包括 宿主機、目標機、數(shù)據(jù)采集卡、信號調(diào)理板和測試設(shè)備，其中宿主機與目標機通過以太網(wǎng)或 者RS232連接，目標機與數(shù)據(jù)采集卡通過端子接線口凌華DIN-37D-01連接，數(shù)據(jù)采集卡與 信號調(diào)理板通過導電排線連接，信號調(diào)理板與被測試設(shè)備通過導電排線連接。宿主機為非實時系統(tǒng)，內(nèi)置Matlab/Simulink搭建的風力發(fā)電系統(tǒng)模型，將宿主 機的風力發(fā)電系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)化為目標機應(yīng)用代碼并下載到目標機；目標機為實時系統(tǒng)，內(nèi)置 目標機應(yīng)用代碼的實時內(nèi)核。宿主機內(nèi)置的風力發(fā)電系統(tǒng)模型包括典型風速集、風力機模型、發(fā)電機模型、PWM變換器模型、電網(wǎng)模型、伺服機構(gòu)模型、虛擬風力機模型和虛擬風力發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)控操作平 臺；所述的虛擬風力機模型是利用Matlab/Simulink中的V-ReamlBuilder軟件創(chuàng)建、確定 其結(jié)構(gòu)并對其節(jié)點進行賦值，采用虛擬現(xiàn)實工具箱實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)與xPC技術(shù)結(jié)合；所 述的虛擬風力發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)控操作平臺是由Visual C++結(jié)合xPC進行編寫軟件程序并編譯 而成動態(tài)鏈接庫，用LabVIEW實現(xiàn)人機界面的虛擬儀表盤，并通過LabVIEW調(diào)用上述動態(tài)鏈 接庫，從而監(jiān)控和操作虛擬風力發(fā)電系統(tǒng)的運行。目標機中含數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動程序，用于被測試設(shè)備和目標機中的實時內(nèi)核模塊 之間交換數(shù)據(jù)，所述的數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動程序包含五部分附加參數(shù)合法性檢查、初始化、計 算模塊、輸出內(nèi)存釋放和輸出歸零以及條件編譯語句。所述被測試設(shè)備的具體形態(tài)為控制器。被測試設(shè)備的具體形態(tài)為伺服機構(gòu)。被測 試設(shè)備的具體形態(tài)為發(fā)電機或PWM變換器。有益效果本實用新型的優(yōu)點在于基于xPC技術(shù)建立的風力發(fā)電半實物仿真測 試平臺摒棄了昂貴的純實物平臺，避免了純仿真平臺運行結(jié)果的可靠性和準確性有限的缺 點，實現(xiàn)一整套廉價、易于操作的硬件在回路仿真平臺，使得仿真軟件中搭建的系統(tǒng)和硬件 系統(tǒng)實現(xiàn)無縫連接，并通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)和LabVIEW技術(shù)，構(gòu)建出一套人機界面友好的風 力發(fā)電設(shè)備驗證仿真測試平臺。其可以靈活地應(yīng)用于研究機構(gòu)開發(fā)風力發(fā)電設(shè)備，也可用 于在極端情況下風力發(fā)電設(shè)備的設(shè)計和調(diào)整。實物形態(tài)的被測試設(shè)備可以是控制器、風力 發(fā)電機、PWM變換器、伺服機構(gòu)等，數(shù)據(jù)采集卡可以是凌華、研華等公司不同型號的板卡，也 可以在不同軟件平臺上，如PSCAD、DIGSilent, Visual C等進行半實物仿真平臺的運行和 分析，為風力發(fā)電控制器的研究提供一個快速可行、廉價、研究周期短的半實物仿真測試平 臺。

圖1為風力發(fā)電半實物仿真測試裝置連接示意圖；圖2為宿主機和目標機的連接示意圖；圖3為被測試控制器設(shè)備的風力發(fā)電半實物仿真測試平臺結(jié)構(gòu)圖；圖4為虛擬風力機與xPC技術(shù)結(jié)合的原理圖；圖5為數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動程序的流程圖；圖中1、宿主機，2、目標機，3、數(shù)據(jù)采集卡，4、信號調(diào)理板，5、被測試設(shè)備。
具體實施方式
風力發(fā)電半實物仿真測試平臺的連接方式是宿主機通過以太網(wǎng)或RS232與目標 機連接。宿主機為非實時系統(tǒng)，內(nèi)置Matlab/Simulink搭建的風力發(fā)電系統(tǒng)模型，將宿主機 的風力發(fā)電系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)化為xPC目標機應(yīng)用代碼并下載到目標機；目標機為實時系統(tǒng)，內(nèi) 置xPC實時內(nèi)核。所述的xPC技術(shù)，是Matlab/Simulink提供的用于產(chǎn)品原型開發(fā)、測試和配置實時 系統(tǒng)的PC機解決途徑。XPC技術(shù)采用了宿主機-目標機的技術(shù)途徑，S卩“雙機”模式。XPC 技術(shù)提供了一個高度簡縮型的實時操作核(代碼)，運行在目標PC機上。XPC技術(shù)通過以 太網(wǎng)或者串口線連接來實現(xiàn)宿主機和目標機之間的通信。xPC技術(shù)是Matlab公司提供的一種方便、廉價的硬件在回路仿真技術(shù)。所述的風力發(fā)電半實物仿真測試平臺，宿主機內(nèi)置的風力發(fā)電系統(tǒng)模型包括典型 風速集、風力機模型、發(fā)電機模型、PWM變換器模型、電網(wǎng)模型、伺服機構(gòu)模型、虛擬風力機模 型和虛擬風力發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)控操作平臺；所述的虛擬風力機模型是利用Matlab/Simulink中 的V-Reaml Builder軟件創(chuàng)建、確定其結(jié)構(gòu)并對其節(jié)點進行賦值，采用虛擬現(xiàn)實工具箱實現(xiàn) 虛擬現(xiàn)實技術(shù)與xPC技術(shù)結(jié)合；所述的虛擬風力發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)控操作平臺是由Visual C++結(jié) 合xPC進行編寫軟件程序并編譯而成動態(tài)鏈接庫，用LabVIEW實現(xiàn)人機界面的虛擬儀表盤， 并通過LabVIEW調(diào)用上述動態(tài)鏈接庫，從而監(jiān)控和操作虛擬風力發(fā)電系統(tǒng)的運行。所述的風力發(fā)電半實物仿真測試平臺，目標機中含數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動程序，用于被 測試設(shè)備和目標機中的xPC實時內(nèi)核模塊之間交換數(shù)據(jù)，所述的數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動程序包含 五部分附加參數(shù)合法性檢查、初始化、計算模塊、輸出內(nèi)存釋放和輸出歸零以及條件編譯 語句。附圖非限制性地公開了本發(fā)明實施例的具體結(jié)構(gòu)，
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一 步說明。由圖1可見，風力發(fā)電半實物仿真測試平臺連接示意圖，其連接方式是宿主機通 過以太網(wǎng)或RS232與目標機連接，目標機與數(shù)據(jù)采集卡連接，數(shù)據(jù)采集卡與信號調(diào)理板連 接，信號調(diào)理板與被測試設(shè)備連接。由圖2可見，宿主機和目標機的連接示意圖。xPC技術(shù)是Matlab/Simulink提供的 一種用于產(chǎn)品原型開發(fā)、測試和配置實時系統(tǒng)的PC機解決途徑。XPC技術(shù)采用了宿主機-目 標機的技術(shù)途徑，即“雙機”模式。xPC技術(shù)提供了一個高度簡縮型的實時操作核(代碼)， 運行在目標PC機上。xPC技術(shù)通過以太網(wǎng)或者串口線連接來實現(xiàn)宿主機和目標機之間的通
fn °由圖3可見，一種基于xPC技術(shù)的被測試控制器設(shè)備的風力發(fā)電半實物仿真測試 平臺結(jié)構(gòu)圖，宿主機內(nèi)置的風力發(fā)電系統(tǒng)模型包括典型風速集、風力機模型、發(fā)電機模型、 PWM變換器模型、電網(wǎng)模型、伺服機構(gòu)模型、虛擬風力機模型和虛擬風力發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)控操作 平臺；所述的虛擬風力機模型是利用Matlab/Simulink中的V-Reaml Builder軟件創(chuàng)建、確 定其結(jié)構(gòu)并對其節(jié)點進行賦值，采用虛擬現(xiàn)實工具箱實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)與xPC技術(shù)結(jié)合； 所述的虛擬風力發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)控操作平臺是由Visual C++結(jié)合xPC進行編寫軟件程序并編 譯而成動態(tài)鏈接庫，用LabVIEW實現(xiàn)人機界面的虛擬儀表盤，并通過LabVIEW調(diào)用上述動態(tài) 鏈接庫，從而監(jiān)控和操作虛擬風力發(fā)電系統(tǒng)的運行。由圖4可見，虛擬風力機與xPC技術(shù)結(jié)合的原理圖，根據(jù)風力機運行的工作原理設(shè) 計出風力機運行的控制策略，將其控制策略在目標機中運行，再將計算出的控制信號通過 虛擬模型和宿主機的通信接口傳給虛擬風機，驅(qū)動虛擬風機各個節(jié)點的運行，模擬出一個 在不同風況條件下真實風力機的運行。由圖5可見，數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動程序的流程圖，通過編寫特定板卡的驅(qū)動，使得數(shù)據(jù) 采集卡無縫應(yīng)用于xPC技術(shù)。對于半實物仿真測試平臺，由于實物形態(tài)的被測試設(shè)備和目 標機xPC實時內(nèi)核之間的數(shù)據(jù)交換需要數(shù)據(jù)采集卡去實現(xiàn)，可以根據(jù)驅(qū)動編寫的語法規(guī)則 自行編寫板卡驅(qū)動，驅(qū)動的編寫包含五部分附加參數(shù)合法性檢查、初始化、計算模塊、輸出 內(nèi)存釋放和輸出歸零以及條件編譯語句。
權(quán)利要求一種風力發(fā)電半實物仿真測試裝置，其特征在于該平臺包括宿主機(1)、目標機(2)、數(shù)據(jù)采集卡(3)、信號調(diào)理板(4)和測試設(shè)備(5)，其中宿主機(1)與目標機(2)通過以太網(wǎng)或者RS232連接，目標機(2)與數(shù)據(jù)采集卡(3)通過端子接線口凌華DIN 37D 01連接，數(shù)據(jù)采集卡(3)與信號調(diào)理板(4)通過導電排線連接，信號調(diào)理板(4)與被測試設(shè)備(5)通過導電排線連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風力發(fā)電半實物仿真測試裝置，其特征在于所述被測試設(shè)備 (5)的具體形態(tài)為控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風力發(fā)電半實物仿真測試裝置，其特征在于被測試設(shè)備(5) 的具體形態(tài)為伺服機構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風力發(fā)電半實物仿真測試裝置，其特征在于被測試設(shè)備(5) 的具體形態(tài)為發(fā)電機或PWM變換器。
專利摘要一種風力發(fā)電半實物仿真測試裝置，對被測試的風力發(fā)電設(shè)備構(gòu)建完整的虛擬風力發(fā)電系統(tǒng)，能進行風力發(fā)電設(shè)備的性能測試和校驗工作，提高被測試設(shè)備的運行數(shù)據(jù)的準確性和可靠性，降低新產(chǎn)品開發(fā)成本，加快開發(fā)進度。該平臺包括宿主機(1)、目標機(2)、數(shù)據(jù)采集卡(3)、信號調(diào)理板(4)和測試設(shè)備(5)，其中宿主機(1)與目標機(2)通過以太網(wǎng)或者RS232連接，目標機(2)與數(shù)據(jù)采集卡(3)通過端子接線口凌華DIN-37D-01連接，數(shù)據(jù)采集卡(3)與信號調(diào)理板(4)通過導電排線連接，信號調(diào)理板(4)與被測試設(shè)備(5)通過導電排線連接。
文檔編號G05B23/02GK201666848SQ20102015665
公開日2010年12月8日 申請日期2010年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月12日
發(fā)明者劉永生, 張建忠, 程明 申請人:東南大學