基于dspace的風能轉化系統控制器設計

  吳定會，紀志成

(江南大學，江蘇無錫214122)

    摘要：為實現風能轉化系統控制器的快速開發，介紹了一種基于dspace的風能轉化系統控制器設計方法。該方法利用dspace的快速控制原型方式和dspace系統軟硬件環境，采用madan／snuimk的系統建模方法設計了以變速風力鼠籠感應發電機組為例的實時控制系統；并對控制參數進行在線調整，改善實際的性能。實驗結果表明：采用dspace平臺可以快速完成風能轉換系統控制的研究和開發，縮短控制系統的開發周期，獲得滿意效果。

    關鍵詞：dspace；快速控制原型；風能轉換系統；實時控制

    申圖分類號：tm346  文獻標識碼：a  文章編號：1004一7018(2010)01—0048—03

o引  言

    隨著全球性的常規化石能源日益短缺和人類環保意識的增強，風能發電受到國內各大電力公司和電力企業的關注。其中風電機組核心控制器設計常見解決方案有：多處理器、工業控制計算機、plc+嵌入式等實時操作系統作為開發平臺^[1-2]。但是風能轉換控制系統比較復雜，故障狀態不確定，且控制算法涉及大量的實時計算，需要編寫大量的程序代碼，這些控制平臺的開發周期長。

    dspace是一個可用于在線仿真的系統軟硬件平臺^[3]，從數據處理速度、響應時間及數據確定性三方面滿足實時系統基本需求的同時，dspace實時內核采用rms(reservo打m0delig system)調度策略來滿足實時仿真中自動生成代碼的需求。借助rtw(re al—time worksh。p)和rti的支持，無需編程，在線模型可以生成實時代碼，并自動編譯、連接、下載到實時硬件中運行。基于dspace的風能轉化系統控制器可以

快速解決風機機電控制系統從設計、開發、試驗到定型過程中的重復工作，加快研制周期，減少資源浪費，提升控制系統的研發能力。

    本文根據風能轉化系統控制原理，基于dsapce構建風電機組控制器硬件開發平臺，利用m atlab／simulink建立風力機模擬和風能轉化系統控制模型，采用rcp方式，在硬件上實時運行，并且給出了實驗結果。實驗結果證明該控制器可實現風能****捕獲等功能。

1控制器硬件設計

    基于風能轉化系統控制器硬件基本結構如圖1所示。系統硬件主要有以下五部分組成：pc機、dspace硬件平臺、信號處理板、變頻器與感應電機構成風力機、逆變器與感應電機構成發電機組。平臺采用dspace aut0box硬件系統，其中處理器板dsl005是m0torola公司的powerpc750，主頻480 hz，通過以太網與pc主機進行通信。i／0板ds2210具有模擬量輸入、輸出和pwm輸出功能，i／o板ds4002具有脈寬捕獲等功能，他們適用于多種i／o插槽，通過32位的phs總線與處理器板dsl005進行通信。信號處理板是標準化與dspace相連的接口信號，通過信號調理電路，使電流電壓變送器、速度的脈沖編碼器等輸入信號滿足i／o板接

口要求，同時輸出模擬電壓和pwm信號。電機采用極對數為4和6的鼠籠感應電機。

    該控制器開發平臺中具有風力機模擬、變速風力鼠籠感應發電機組的實時控制系統、系統監控和管理三個功能。

1.1風力機模擬

    采用異步交流電動機控制系統，模擬風通過槳葉產生的輸入到發電機的轉矩。它由異步交流電動機、變頻器和dspace軟硬件平臺系統構成。在dspace實現風力機模擬，接口ds 2201插件通過信號處理板，接收交流電機的相電流、相電壓信號，在dspace實現風力機模擬，模擬風力機輸出轉矩te信號給變頻器，驅動電機。

1.2發電機控制系統

    通過控制逆變器pwm來控制發電機的電磁轉矩，它由鼠籠感應發電機、逆變器和dspace硬件平臺構成。dspace接口ds 2201和ds 4002插件通過信號處理板接受發電機相電流、相電壓和電機轉速信號，輸出控制發電機轉速轉矩的pwm信號．

1.3控制系統監控和管理

  利用dspace軟件系統controidesk綜合實驗環境，實現對風能轉換系統實時硬件的圖形化管理在管理系統界面上，可以建立用戶虛擬儀表，可視化管理變量和參數。

2風能轉化系統建模

2.1風力機模擬

    根據貝茲理論，風輪機產生的機械功率∽為：