基于dSPACE的风电变流器控制器测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种风电变流器控制器的测试方法，属于新能源并网发电技术领域。
【背景技术】
[0002] 目前对风电变流器控制器的测试方法主要有以下两种：
[0003] 一是利用仿真软件如Matlab/Simulink、PSCAD等进行仿真测试，这种测试方法可 以方便制造各种试验工况，对控制策略进行验证;然而，这种测试方法不能对控制器硬件进 行验证，并且验证通过的控制策略需要先转化为控制器代码，再进行详细的现场测试，才能 够应用到产品中。控制策略到控制器代码的转化不可避免人为操作的失误，并且仿真中只 是验证部分核心控制策略，其它简单的辅助功能仍需现场测试。因此，这种完全基于仿真软 件的测试方法比较适用于新控制策略的初步评估测试。
[0004] 二是在现场进行测试，这种测试方法能够较全面地对变流器控制器的软硬件进行 测试，测试通过后的控制器可以直接应用于产品，但对于一些极限实验（例如断相、短路等 可能对变流器造成损坏的实验）、测试费用比较昂贵或者试验条件难以搭建的试验(如低电 压穿越、高电压穿越测试、电网适应性测试等），现场进行实测的成本过高、安全性难以确 保。
【发明内容】
[0005] 为弥补以上两种测试方法的不足，本发明目的是提出了一种基于dSPACE的风电变 流器控制器测试方法，本发明除了能够对控制算法进行测试外，还能对控制器的硬件进行 测试，并且能够对控制代码进行测试，方便进行各种极限实验、测试费用比较昂贵或者试验 条件难以搭建的试验。
[0006] 为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
[0007] -种基于dSPACE的风电变流器控制器测试方法，该测试方法属于半实物仿真，其 方法为:将dSPACE配置为风电变流器、电网、发电机等被控对象，通过接口电路与变流器控 制器互联，从而对风电变流器控制器的硬件及软件进行测试。其具体方法按照以下步骤进 行：
[0008] 步骤一、利用System Generator搭建风电变流器、电网、发电机等被控对象的数学 模型，并进行测试，确保数学模型的准确性。
[0009] 由于风电变流器的开关频率通常在2kHz~5kHz之间，为保证仿真的准确性，就要 求被控对象的仿真步长为在10微秒以内，而dSPACE配置的处理器DS1005、DS1006等主处理 器不能满足如此小的仿真步长，只有利用FPGA板卡DS5203才能满足10微秒以内的仿真步 长。因此，在搭建被控对象的数学模型时，不能采用Simul ink提供的模块，而要采用System Generator软件将Xi Iinx公司开发的工具箱嵌入到Simul ink库中，来进行建模和仿真。 [0010] 步骤二、根据dSPACE的硬件接口和风电变流器控制器的接口特性设计接口电路， 并进行测试，确保输入输出接口的可靠性与准确性。
[0011]由于不同控制器的接口电量范围不一致，需要根据具体控制器具体设计。
[0012] 步骤三、将被控对象的数学模型下载至dSPACE的FPGA板卡DS5203中，变流器控制 器通过接口电路与dSPACE互联，并搭建人机交互界面对控制器软硬件进行测试。
[0013] 首先对FPGA代码进行编译，然后利用dSPACE的实时接口库RTI (Real Time Interface)与Mathworks的RTW(Rea 1-Time Workshop)共同生成dSPACE需求的可执行代码 并下载，最后利用dSPACE实时仿真系统自带的人机交互界面开发软件ControlDesk进行控 制器的测试。
[0014] 本发明将dSPACE配置为风电变流器、电网、发电机等被控对象，通过接口电路与变 流器控制器互联，从而对风电变流器控制器的硬件及软件进行测试。该测试方法属于半实 物仿真，与纯仿真相比，由于控制器是产品级的控制器，该测试方法除了能够对控制算法进 行测试外，还能对控制器的硬件进行测试，并且能够对控制代码进行测试；与现场试验相 比，该测试方法方便进行各种极限实验、测试费用比较昂贵或者试验条件难以搭建的试验。
【附图说明】
[0015] 图1为本发明基于dSPACE的风电变流器控制器测试方法逻辑示意图。
[0016] 图2为本发明基于dSPACE的双馈风电机组数学模型接口逻辑示意图。
[0017] 图3为本发明电网等效模型。
[0018]图4为本发明网侧变换器主电路。
【具体实施方式】
[0019] 为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合
【具体实施方式】，进一步阐述本发明。
[0020] 参见图1，本发明提出了一种基于dSPACE的风电变流器控制器测试方法，该测试方 法将dSPACE配置为风电变流器、电网、发电机等被控对象，通过接口电路与变流器控制器互 联，从而对风电变流器控制器的硬件及软件进行测试。【具体实施方式】如下：
[0021] 一、被控对象数学模型的建立。
[0022] 由于双馈机组和直驱机组的建模原理是一致的，因此下面仅以双馈风电机组为例 详述被控对象的数学模型的搭建的具体过程。
[0023] dSPACE搭建的被控对象包括双馈电机、转子侧变流器、直流环节、网侧变流器、电 网。其输入输出接口逻辑图如图2所示，图中变量含义如下:Te*:电磁转矩;Urcitcir:转子电压； Ustatcxr :定子电压;Une3t:电网电压；Irotcxr :转子电流;Istator :定子电流；Wm:转子机械角速度； :转子转动的机械角度;Ud。:直流母线电压;eab。:电网电势;Sr :转子侧变流器控制脉冲;Sn : 网侧变换器控制脉冲，Te*为电磁转矩，P为电机极对数，RS为电机定子电阻、R r为电机转子电 阻。
[0024] (1)双馈电机数学模型的建立
[0025] 定子采用发电机惯例，定子电流以流出为正;转子采用电动机惯例，转子电流以流 入为正。由于电机转子的旋转运动，定转子间的互感为定转子间相对位置角的余弦函数，因 此双馈电机与一般感应电机一样具有非线性、时变性、强耦合的特点，分析和求解比较困 难。为了简化分析和应用，通常采用双馈电机在同步旋转坐标系下的数学模型。
[0030] Tem=1.5pLm(isqird-isdirq) (5)
[0031 ] 其中，Usd、Usq、isd、isq、ltsd、ltsq分别是定子电压、电流和磁链的d、q轴分量;Urd、Urq、 ird、irqUrq分别是转子电压、电流、磁链的d、q轴分量;Lm、Ls、Lr分别为互感、定转子自感； ω 1、ω 2分别为同步角速度和转差角速度;D为微分算子。
[0032]按照发电机惯例规定正方向，运动方程可以表示为
[0034]上式中Tl :机械负载转矩;J:转动惯量;Rfi:旋转阻力系数。
[0035] (2)电网数学模型的建立
[0036]电网的等效模型可以视为一个理想三相源串联一个电感和一个电阻，如图3所示。 [0037] 理想三相源可以表示为：
[0039 ] 记电源电抗为L，电阻值为R，则电网输出电压可以表示为：
[00411 (3)变换器模型建立
[0042] 网侧变换器的的主电路如图4所示。图中，ea、eb、ec分别为电网电压；i a、ib、ic分别 为变换器交流侧输入电流;id。为变换器直流侧电流;k为负载电流;Ud。为直流母线电压;L为 进线电感;R为包括电感电阻在内的