基于dspace的风能转化系统控制器设计

  吴定会，纪志成

(江南大学，江苏无锡214122)

    摘要：为实现风能转化系统控制器的快速开发，介绍了一种基于dspace的风能转化系统控制器设计方法。该方法利用dspace的快速控制原型方式和dspace系统软硬件环境，采用madan／snuimk的系统建模方法设计了以变速风力鼠笼感应发电机组为例的实时控制系统；并对控制参数进行在线调整，改善实际的性能。实验结果表明：采用dspace平台可以快速完成风能转换系统控制的研究和开发，缩短控制系统的开发周期，获得满意效果。

    关键词：dspace；快速控制原型；风能转换系统；实时控制

    申图分类号：tm346  文献标识码：a  文章编号：1004一7018(2010)01—0048—03

o引  言

    随着全球性的常规化石能源日益短缺和人类环保意识的增强，风能发电受到国内各大电力公司和电力企业的关注。其中风电机组核心控制器设计常见解决方案有：多处理器、工业控制计算机、plc+嵌入式等实时操作系统作为开发平台^[1-2]。但是风能转换控制系统比较复杂，故障状态不确定，且控制算法涉及大量的实时计算，需要编写大量的程序代码，这些控制平台的开发周期长。

    dspace是一个可用于在线仿真的系统软硬件平台^[3]，从数据处理速度、响应时间及数据确定性三方面满足实时系统基本需求的同时，dspace实时内核采用rms(reservo打m0delig system)调度策略来满足实时仿真中自动生成代码的需求。借助rtw(re al—time worksh。p)和rti的支持，无需编程，在线模型可以生成实时代码，并自动编译、连接、下载到实时硬件中运行。基于dspace的风能转化系统控制器可以

快速解决风机机电控制系统从设计、开发、试验到定型过程中的重复工作，加快研制周期，减少资源浪费，提升控制系统的研发能力。

    本文根据风能转化系统控制原理，基于dsapce构建风电机组控制器硬件开发平台，利用m atlab／simulink建立风力机模拟和风能转化系统控制模型，采用rcp方式，在硬件上实时运行，并且给出了实验结果。实验结果证明该控制器可实现风能****捕获等功能。

1控制器硬件设计

    基于风能转化系统控制器硬件基本结构如图1所示。系统硬件主要有以下五部分组成：pc机、dspace硬件平台、信号处理板、变频器与感应电机构成风力机、逆变器与感应电机构成发电机组。平台采用dspace aut0box硬件系统，其中处理器板dsl005是m0torola公司的powerpc750，主频480 hz，通过以太网与pc主机进行通信。i／0板ds2210具有模拟量输入、输出和pwm输出功能，i／o板ds4002具有脉宽捕获等功能，他们适用于多种i／o插槽，通过32位的phs总线与处理器板dsl005进行通信。信号处理板是标准化与dspace相连的接口信号，通过信号调理电路，使电流电压变送器、速度的脉冲编码器等输入信号满足i／o板接

口要求，同时输出模拟电压和pwm信号。电机采用极对数为4和6的鼠笼感应电机。

    该控制器开发平台中具有风力机模拟、变速风力鼠笼感应发电机组的实时控制系统、系统监控和管理三个功能。

1.1风力机模拟

    采用异步交流电动机控制系统，模拟风通过桨叶产生的输入到发电机的转矩。它由异步交流电动机、变频器和dspace软硬件平台系统构成。在dspace实现风力机模拟，接口ds 2201插件通过信号处理板，接收交流电机的相电流、相电压信号，在dspace实现风力机模拟，模拟风力机输出转矩te信号给变频器，驱动电机。

1.2发电机控制系统

    通过控制逆变器pwm来控制发电机的电磁转矩，它由鼠笼感应发电机、逆变器和dspace硬件平台构成。dspace接口ds 2201和ds 4002插件通过信号处理板接受发电机相电流、相电压和电机转速信号，输出控制发电机转速转矩的pwm信号．

1.3控制系统监控和管理

  利用dspace软件系统controidesk综合实验环境，实现对风能转换系统实时硬件的图形化管理在管理系统界面上，可以建立用户虚拟仪表，可视化管理变量和参数。

2风能转化系统建模

2.1风力机模拟

    根据贝兹理论，风轮机产生的机械功率∽为：