基于RT-Lab和WiGig的MMC型高壓變頻器實(shí)時(shí)在線仿真系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于電力電子與電力傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于RT-Lab和WiGig的MMC型高壓變頻器實(shí)時(shí)在線仿真系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾年，模塊化多電平變換器(Modular Multilevel Converter，MMC)受到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注，它秉承了 H橋級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)模塊化的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)功率單元的級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)多電平輸出。每個(gè)功率單元由一個(gè)兩電平橋臂構(gòu)成，且所有的電容處于懸浮狀態(tài)，由于存在公共直流母線，可采用單一直流電壓而不需要多繞組變壓器。MMC每個(gè)橋臂子模塊可以進(jìn)行有選擇的控制，從而可將其等效為一個(gè)可控電壓源，MMC的每相中兩個(gè)橋臂的電壓之和等于直流母線電壓，通過(guò)控制每個(gè)橋臂子模塊導(dǎo)通狀態(tài)，就可以在輸出端得到所需的正弦電壓。
[0003]目前，對(duì)于高壓變頻器的研宄多采用MATLAB/SMULINK、PSCAD/EMTDC和PSM等純數(shù)字仿真軟件，存在不能真實(shí)模擬變頻器運(yùn)行、不便于控制算法實(shí)時(shí)開發(fā)和移植等缺點(diǎn)。文獻(xiàn)“鄭征，崔燦，張朋.基于模塊化多電平換流器的新型高壓變頻器拓?fù)浼捌淇刂芠J].煤炭學(xué)報(bào)，2014，39 (10):2128-2133” 基于 Matlab-Simulink 及 RT-Lab 半實(shí)物仿真設(shè)備搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和上位機(jī)控制器，但是該文獻(xiàn)并未涉及WiGig無(wú)線通信技術(shù)，且上位機(jī)模型構(gòu)建中并未考慮PSCAD/EMTDC與MATLAB/SMULINK的交互仿真。
[0004]綜上所述，考慮到目前高壓變頻器仿真存在的問(wèn)題，需要一種新的變頻器仿真系統(tǒng)以解決上述問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種基于RT-Lab和WiGig的MMC型高壓變頻器實(shí)時(shí)在線仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于RT-Lab仿真平臺(tái)和WiGig無(wú)線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了 MMC型高壓變頻器的實(shí)時(shí)在線仿真。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于RT-Lab和WiGig的MMC型高壓變頻器實(shí)時(shí)在線仿真系統(tǒng)，其改進(jìn)之處在于，所述系統(tǒng)包括依次連接的RT-Lab仿真平臺(tái)、控制器、MMC
型高壓變頻器。
[0007]其中，RT-Lab仿真平臺(tái)包括上位機(jī)和目標(biāo)機(jī)。目標(biāo)機(jī)至少為兩個(gè)，多個(gè)目標(biāo)機(jī)相互之間并行運(yùn)算。目標(biāo)機(jī)與控制器之間通過(guò)WiGig無(wú)線通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互傳輸?？刂破髋cMMC型高壓變頻器之間通過(guò)WiGig無(wú)線通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互傳輸。
[0008]上位機(jī)通過(guò)構(gòu)建MMC型高壓變頻器仿真模型，向目標(biāo)機(jī)發(fā)送仿真模型的可執(zhí)行程序代碼，同時(shí)接收目標(biāo)機(jī)上傳的MMC型高壓變頻器運(yùn)行信息。
[0009]控制器接收來(lái)自目標(biāo)機(jī)的控制信號(hào)，同時(shí)向MMC型高壓變頻器發(fā)送實(shí)時(shí)的控制指令，并接收MMC型高壓變頻器上傳的實(shí)時(shí)運(yùn)行信息。
[0010]所述上位機(jī)中構(gòu)建的MMC型高壓變頻器仿真模型是基于PSCAD/EMTDC和MATLAB/SMULINK交互仿真實(shí)現(xiàn)的，其中PSCAD/EMTDC用以搭建MMC型高壓變頻器的總體模型，MATLAB/SIMULINK用以設(shè)計(jì)MMC型高壓變頻器模型的控制器。
[0011]根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于RT-Lab和WiGig的MMC型高壓變頻器實(shí)時(shí)在線仿真系統(tǒng)，其特征在于:基于WiGig無(wú)線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)RT-LAB仿真平臺(tái)中的多個(gè)目標(biāo)機(jī)之間的數(shù)據(jù)在線交互通訊。WiGig無(wú)線通信技術(shù)的通訊規(guī)范采用G.hn標(biāo)準(zhǔn)。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于RT-Lab和WiGig的MMC型高壓變頻器實(shí)時(shí)在線仿真系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì):
[0013]I)采用WiGig無(wú)線通信技術(shù)，節(jié)省了設(shè)備之間原有的接線；
[0014]2)無(wú)線通信工作在60Hz頻段，融合了 WiFi技術(shù)，支持多平臺(tái)，速率可達(dá)6G，是WiFi技術(shù)的10倍多；
[0015]3)將系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行代碼下載到實(shí)時(shí)仿真計(jì)算機(jī)中運(yùn)行，有效提高了代碼開發(fā)與調(diào)試的效率；
[0016]4)為MMC型高壓變頻器的實(shí)時(shí)控制提供了大量的技術(shù)參考數(shù)據(jù)，可大大縮短MMC型高壓變頻器的研發(fā)周期和成本。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明所述基于RT-Lab和WiGig的MMC型高壓變頻器實(shí)時(shí)在線仿真系統(tǒng)。
[0018]圖2為本發(fā)明所述系統(tǒng)實(shí)時(shí)在線仿真的實(shí)現(xiàn)步驟流程圖。
[0019]圖3為本發(fā)明所述WiGig無(wú)線通信技術(shù)的規(guī)范架構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步闡明本發(fā)明。
[0021]需要聲明的是，本
【發(fā)明內(nèi)容】
及【具體實(shí)施方式】意在證明本發(fā)明所提供技術(shù)方案的實(shí)際應(yīng)用，不應(yīng)解釋為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的精神和原理啟發(fā)下，可作各種修改、等同替換、或改進(jìn)。但這些變更或修改均在申請(qǐng)待批的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0022]圖1為本發(fā)明所述基于RT-Lab和WiGig的MMC型高壓變頻器實(shí)時(shí)在線仿真系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括依次連接的RT-Lab仿真平臺(tái)、控制器、MMC型高壓變頻器。
[0023]其中，RT-Lab仿真平臺(tái)包括上位機(jī)和目標(biāo)機(jī)。目標(biāo)機(jī)至少為兩個(gè)，多個(gè)目標(biāo)機(jī)相互之間并行運(yùn)算。目標(biāo)機(jī)與控制器之間通過(guò)WiGig無(wú)線通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互傳輸?？刂破髋cMMC型高壓變頻器之間通過(guò)WiGig無(wú)線通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互傳輸。
[0024]上位機(jī)通過(guò)構(gòu)建MMC型高壓變頻器仿真模型，向目標(biāo)機(jī)發(fā)送仿真模型的可執(zhí)行程序代碼，同時(shí)接收目標(biāo)機(jī)上傳的MMC型高壓變頻器運(yùn)行信息。
[0025]控制器接收來(lái)自目標(biāo)機(jī)的控制信號(hào)，同時(shí)向MMC型高壓變頻器發(fā)送實(shí)時(shí)的控制指令，并接收MMC型高壓變頻器上傳的實(shí)時(shí)運(yùn)行信息。
[0026]所述上位機(jī)中構(gòu)建的MMC型高壓變頻器仿真模型是基于PSCAD/EMTDC和MATLAB/SMULINK交互仿真實(shí)現(xiàn)的，其中PSCAD/EMTDC用以搭建MMC型高壓變頻器的總體模型，MATLAB/SIMULINK用以設(shè)計(jì)MMC型高壓變頻器模型的控制器。
[0027]所述實(shí)時(shí)在線仿真系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示，具體步驟為:
[0028](I)開始:理論分析、參數(shù)輸入、初始化；
[0029](2)基于PSCAD/EMTDC和MATLAB/SMULINK，在上位機(jī)中實(shí)現(xiàn)MMC型高壓變頻器的系統(tǒng)建模；
[0030](3)基于上位機(jī)、目標(biāo)機(jī)，建立RT-Lab半實(shí)物實(shí)時(shí)仿真模型；目標(biāo)機(jī)用于模型的實(shí)時(shí)計(jì)算、輸出模擬量、接收控制器發(fā)送的脈沖信號(hào)等；上位機(jī)向目標(biāo)機(jī)發(fā)送仿真模型的可執(zhí)行程序代碼，目標(biāo)機(jī)向上位機(jī)上傳實(shí)時(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)；
[0031](4) RT-LAB將系統(tǒng)模型分割為若干個(gè)子系統(tǒng)模型，并分配到若干個(gè)目標(biāo)機(jī)上并行運(yùn)算；多個(gè)目標(biāo)機(jī)相互之間實(shí)現(xiàn)同步、并行計(jì)算；基于WiGig無(wú)線通信，RT-LAB支持多個(gè)目標(biāo)機(jī)之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊。
[0032](5)上位機(jī)實(shí)時(shí)代碼的生成、并下載至目標(biāo)機(jī)；
[0033](6)目標(biāo)機(jī)將實(shí)時(shí)代碼轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，并發(fā)送至控制器；
[0034](7)控制器根據(jù)模擬的控制信號(hào)，實(shí)時(shí)向MMC型高壓變頻器發(fā)生控制指令；
[0035](8)基于實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)信息，將MMC型高壓變頻器的運(yùn)行信息反饋至RT-Lab仿真平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的系統(tǒng)參數(shù)修正；
[0036](9)判斷MMC型高壓變頻器系統(tǒng)運(yùn)行是否滿足要求？若是，則結(jié)束；若不是，則轉(zhuǎn)至步驟(2)，修正模型參數(shù)，繼續(xù)下一次迭代運(yùn)算。
[0037]WiGig在免授權(quán)的60GHz頻帶上運(yùn)行，較現(xiàn)行WiFi產(chǎn)品使用的2.4GHz和5GHz頻帶擁有更多的可用頻譜，因此能提供更寬的通道，以支持更高的傳輸速度。
[0038]WiGig規(guī)范以IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，定義了物理層(PHY)和媒體接入控制層(MAC)，以提供對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)的支持。WiGig規(guī)范也定義了協(xié)議適配層(PAL)，以支持60GHz頻帶上的特定數(shù)據(jù)和顯示標(biāo)準(zhǔn)。如圖3所示，PAL允許這些標(biāo)準(zhǔn)接口直接在WiGig MAC和PHY上執(zhí)行，以實(shí)現(xiàn)這些標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線建置。
[0039]本發(fā)明通過(guò)采用RT-LAB仿真機(jī)和WiGig技術(shù)采集MMC型高壓變頻器控制單元輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)MMC型高壓變頻器整流側(cè)、逆變側(cè)的換流器的電容電壓的平衡控制和調(diào)制，實(shí)時(shí)化的模擬所述MMC型高壓變頻器控制單元真實(shí)設(shè)備之間實(shí)時(shí)的無(wú)線信號(hào)交互，模擬對(duì)MMC型高壓變頻器的仿真控制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于RT-Lab和WiGig的MMC型高壓變頻器實(shí)時(shí)在線仿真系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)包括依次連接的RT-Lab仿真平臺(tái)、控制器、MMC型高壓變頻器； 其中，RT-Lab仿真平臺(tái)包括上位機(jī)和目標(biāo)機(jī)；目標(biāo)機(jī)至少為兩個(gè)，多個(gè)目標(biāo)機(jī)相互之間并行運(yùn)算；目標(biāo)機(jī)與控制器之間通過(guò)WiGig無(wú)線通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互傳輸；控制器與MMC型高壓變頻器之間通過(guò)WiGig無(wú)線通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互傳輸； 上位機(jī)通過(guò)構(gòu)建MMC型高壓變頻器仿真模型，向目標(biāo)機(jī)發(fā)送仿真模型的可執(zhí)行程序代碼，同時(shí)接收目標(biāo)機(jī)上傳的MMC型高壓變頻器運(yùn)行信息； 控制器接收來(lái)自目標(biāo)機(jī)的控制信號(hào)，同時(shí)向MMC型高壓變頻器發(fā)送實(shí)時(shí)的控制指令，并接收MMC型高壓變頻器上傳的實(shí)時(shí)運(yùn)行信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于RT-Lab和WiGig的MMC型高壓變頻器實(shí)時(shí)在線仿真系統(tǒng)，其特征在于:所述上位機(jī)中構(gòu)建的MMC型高壓變頻器仿真模型是基于PSCAD/EMTDC和MATLAB/SMULINK交互仿真實(shí)現(xiàn)的，其中PSCAD/EMTDC用以搭建MMC型高壓變頻器的總體模型，MATLAB/SIMULINK用以設(shè)計(jì)MMC型高壓變頻器模型的控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于RT-Lab和WiGig的MMC型高壓變頻器實(shí)時(shí)在線仿真系統(tǒng)，其特征在于:基于WiGig無(wú)線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)RT-LAB仿真平臺(tái)中的多個(gè)目標(biāo)機(jī)之間的數(shù)據(jù)在線交互通訊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于RT-Lab和WiGig的MMC型高壓變頻器實(shí)時(shí)在線仿真系統(tǒng)，其特征在于:WiGig無(wú)線通信技術(shù)的通訊規(guī)范采用G.hn標(biāo)準(zhǔn)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于RT-Lab和WiGig的MMC型高壓變頻器實(shí)時(shí)在線仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括上位機(jī)、目標(biāo)機(jī)、控制器、MMC型高壓變頻器、WiGig無(wú)線通信模塊。WiGig無(wú)線通信模塊的通訊規(guī)范采用G.hn標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)RT-LAB仿真機(jī)采集MMC型高壓變頻器控制單元輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)MMC型高壓變頻器整流側(cè)和逆變側(cè)換流器的電容電壓平衡控制和調(diào)制，實(shí)時(shí)化的模擬MMC型高壓變頻器控制單元真實(shí)設(shè)備之間實(shí)時(shí)的無(wú)線信號(hào)交互，實(shí)現(xiàn)對(duì)MMC型高壓變頻器的仿真控制。本發(fā)明有效提升了系統(tǒng)內(nèi)各組成部分間的數(shù)據(jù)傳輸速率，為MMC型高壓變頻器的實(shí)時(shí)控制提供了大量的技術(shù)參考數(shù)據(jù)，可大大縮短MMC型高壓變頻器的研發(fā)周期和成本。
【IPC分類】G05B17-02
【公開號(hào)】CN104635512
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510066674
【發(fā)明人】韋延方, 鄭征, 王曉衛(wèi), 孫巖洲, 許丹, 司紀(jì)凱, 張國(guó)澎, 荊鵬輝, 楊明, 張濤
【申請(qǐng)人】河南理工大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2015年2月2日