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硬件在环(HIL)

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jmlyma1018
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LV1
本网技工
  • 2018-6-14 14:10:45
Padova大学快速开发基于变送器的无功功率补偿器

“只用了数个小时,我们就适应如何使用HIL600,从PSIM自动生成控制代码,将代码导入HIL DSP接口板,复现PSIM离线仿真结果以及实际硬件的结果。PSIM的代码自动生成功能,可以显著提高控制器的开发速度,而HIL则可以完美绕开使用真实功率器件来测试控制器的限制,实现测试完全自动化。”
                          Prof. Giuseppe Buj
                         Professor of Power Electronics
                         University of Padova, Italy

介绍
无功功率补偿器和谐波滤波器可以提高电源质量,改善电网效率,从而为终端用户带来可观的经济节约。Padova大学正在开发一种基于变送器的无功功率补偿器。该项目的目标是设计并验证一种可以提供快速灵敏的无功功率电网支持系统。在该构想中,负载直接由来自电网的有功功率驱动,而无功功率则从变送器端注入。预计在将来,电动车,太阳能/风能逆变器以及能源存储系统的电力电子器件,将使用该辅助电网支持服务,通过无功功率注入实现电压控制功能。

从仿真到原型
该项目的一个主要挑战是需要开发一套复杂的控制算法,并在各种操作条件下测试验证控制器。基本的控制算法首先被开发出来,并在PSIM下进行离线仿真。使用PSIM的SimCoder模块和TI Target,DSP相关器件,如ADC和PWM被直接添加到原理图中。然后在仿真中对系统进行全面的测试,针对TI DSP自动生成DSP代码。自动生成的代码被导入HIL DSP接口板中,该接口板直接插入在 HIL600模拟器中。系统的功率部分在原理图编辑器中创建,然后编译功率部分的模型,并上载到HIL600中。在很短的时间内,所有电压电流回路形成闭环,在硬件在回路设置中实现了控制代码与功率部分仿真实时同步运行。尽管,将TI DSP板连接到系统,学习使用 HIL软件环境,绘制电网连接变送器原理图等需要花费数个小时,但花费不到1天的时间即可在HIL实时仿真中运行并生成与PSIM离线仿真一致的电压和电流波形。控制代码,在试验设置中与真实的控制器硬件和功率变送器一起运行,从而使得PSIM结果与HIL结果几乎一致。


在完成初始性能标准测试之后(这些测试通过真实变送器硬件很容易实现),来自Padova大学和Trieste大学的团队,开始进行更为复杂的测试,这些测试通过真实硬件设置要么难以实现,要么十分昂贵。
测试序列,例如网络电压谐波,非平衡网络电压,负载不平衡,可以通过HIL的设置快速仿真,从而实现控制算法对广泛的实际场景的响应测试。在HIL中可以轻松生成各种网络条件,并且如何实现这些测试的自动化,将开辟控制器软件质量控制的发展潜力。



新控制设计范例
结合离线仿真器PSIM及其自动代码生成技术,加上Typhoon HIL实时仿真器,在整个系统的设计、分析和测试过程中具有显著的优势。这套系统实现了控制算法,控制硬件和功率负载独立开发。另外,这套系统实现了流水线设计模式,大幅度减少整个开发时间,提高开发效率。即使仍然需要真实硬件设置作为最终的测试和开发的最后阶段,但HIL设置提供了一个低成本,更全面,可重复,快速的测试和验证手段。另外,HIL提供了一个完全自动化的控制软件回归测试的途径,这是其他方法所无法实现的。

“该项目有效的展示了先进电力电子设计工作流程。该流程开始于PSIM的离线仿真和自动代码生成,然后使用HIL实时仿真器实现快速原型,在HIL环境中对控制器进行广泛的测试,最终以通过完整测试的控制器导入真实变送器作为结束。“
                          Prof. Giuseppe Buj
                          Professor of Power Electronics
                          University of Padova, Italy



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