dSPACE实时仿真系统及其在风力发电系统中的应用

1、燕山大学电气工程学院电工电能新技术研究室Electr. Eng. & Power Convers. LABdSPACE实时仿真系统及其实时仿真系统及其在风力发电系统中的应用在风力发电系统中的应用n dSPACE实时仿真系统实时仿真系统n 采用采用dSPACE实时仿真系统进行控制系统设计开发实时仿真系统进行控制系统设计开发n DS1103单板系统简介单板系统简介n dSPACE实时仿真系统在风力发电系统中的应用实时仿真系统在风力发电系统中的应用目目 录录1 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn 采用采用dSPACE实时仿真系统进行控制系统设计开发实时仿真系

2、统进行控制系统设计开发n DS1103单板系统简介单板系统简介n dSPACE实时仿真系统在风力发电系统中的应用实时仿真系统在风力发电系统中的应用目目 录录2 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn 传统的控制系统的开发设计方法传统的控制系统的开发设计方法 传统上，进行控制系统设计一般包括系统建模、算法设计、软硬传统上，进行控制系统设计一般包括系统建模、算法设计、软硬件的设计以及性能测试等；涉及控制理论、机电技术、软件开发件的设计以及性能测试等；涉及控制理论、机电技术、软件开发、电路设计等多个领域知识。、电路设计等多个领域知识。dSPACE实时仿真系统实时

3、仿真系统 设计人员不仅需要进行软件编程和查错，还需进行硬件电路的设计，一设计人员不仅需要进行软件编程和查错，还需进行硬件电路的设计，一方面对科研人员能力要求较高，再者会导致开发时间过长。方面对科研人员能力要求较高，再者会导致开发时间过长。 对于这种顺序的开发过程，一旦发现错误，就必须从头开始重新进行设对于这种顺序的开发过程，一旦发现错误，就必须从头开始重新进行设计，延误项目进度。计，延误项目进度。3 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn 计算机离线仿真技术计算机离线仿真技术 在传统的控制系统开发过程中在传统的控制系统开发过程中，对于系统建模和算法设计多，

4、对于系统建模和算法设计多采用计算机离线仿真手段，计采用计算机离线仿真手段，计算机仿真通过数学模型实现对算机仿真通过数学模型实现对实际系统的仿真。实际系统的仿真。 但这种仿真的真实性很大程度但这种仿真的真实性很大程度上依赖于模型的精确程度。对上依赖于模型的精确程度。对于某些复杂的时变多变量系统于某些复杂的时变多变量系统的数学模型很难准确的建立，的数学模型很难准确的建立，使得计算机仿真的应用受到限使得计算机仿真的应用受到限制。制。dSPACE实时仿真系统实时仿真系统4 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn 实时仿真技术实时仿真技术 又称为半实物仿真技术，把计

5、算机仿真的数学模型直接下载到实又称为半实物仿真技术，把计算机仿真的数学模型直接下载到实时硬件中，并连接真实设备和测试仪器，完成系统的联合仿真和时硬件中，并连接真实设备和测试仪器，完成系统的联合仿真和实验。（实验。（LabVIEW、dSPACE、RT-LAB、RTX等）等）dSPACE实时仿真系统实时仿真系统 能够对控制算法或系统模型能够对控制算法或系统模型在运行过程中的具体状态进在运行过程中的具体状态进行准确描述，直观地验证仿行准确描述，直观地验证仿真结果。真结果。 提高了仿真结果的置信度。提高了仿真结果的置信度。 提高设计和开发效率，降低提高设计和开发效率，降低开发费用。开发费用。5 / 5

6、8Electr. Eng. & Power Convers. LABn dSPACE实时仿真系统实时仿真系统 dSPACE(digital Signal Processing And Control Engineering)实时实时仿真系统是德国仿真系统是德国dSPACE公司开发的一套基于公司开发的一套基于MATLAB/Simulink的控制系统在实时环境下的开发及测试工作平台，实现了和的控制系统在实时环境下的开发及测试工作平台，实现了和Simulink的无缝连接。的无缝连接。 dSPACE 产品结构产品结构 dSPACE 软件软件 RTI（离线工具与实时工具的接口）（离线工具与实时工具的接口

7、） ControlDesk（测试和实验软件工具）（测试和实验软件工具） dSPACE 硬件硬件 单板系统单板系统 组件系统组件系统 dSPACE实时仿真系统实时仿真系统6 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn dSPACE产品应用领域产品应用领域dSPACE实时仿真系统实时仿真系统Page 7Electr. Eng. & Power Convers. LABn dSPACE 硬件体系硬件体系 单板系统单板系统 CPU与外围与外围I/O集成集成 DS1103及及DS1104处理器板处理器板 组件系统组件系统 处理器板处理器板 I/O板板 多处理器系统多处理

8、器系统 其他其他 扩展箱扩展箱 单主机多系统的连接板单主机多系统的连接板 连接器和连接器和LED板板dSPACE实时仿真系统实时仿真系统8 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn dSPACE 硬件产品硬件产品单板系统单板系统DS1103 通过单一板实施快速控制原型设计通过单一板实施快速控制原型设计 填补填补 DS1102 和标准组件系统之间的空白和标准组件系统之间的空白 支持高性能处理器支持高性能处理器 PowerPC PPC604e 内置综合内置综合 I/O 功能功能 8 D/A 20 A/D 32 数字数字I/O RS232/RS422 三相及单相三

9、相及单相PWM CAN接口接口 dSPACE实时仿真系统实时仿真系统9 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn dSPACE 软件体系软件体系 实现软件实现软件 算法代码生成算法代码生成 Matlab/Simulink/RTW C语言开发语言开发 RTI 编译器编译器 实验软件实验软件 ControlDesk MLIB/MTRACE CLIB 产品代码生成软件产品代码生成软件 TargetLinkdSPACE实时仿真系统实时仿真系统10 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn dSPACE 软件体系软件体系dSPACE

10、实时仿真系统实时仿真系统11 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn dSPACE 软件产品软件产品实现软件实现软件RTI 离线工具与实时工具的接口离线工具与实时工具的接口 结合结合Simulink和和 Stateflow框图模型框图模型自动自动在实时硬件上运行在实时硬件上运行 以图形化方式对所有以图形化方式对所有I/O接口进行设置接口进行设置 结合结合RTW自动代码生成并下载到实时自动代码生成并下载到实时硬件上硬件上 支持软件和硬件中断等任务模式支持软件和硬件中断等任务模式 自动激活编译器编译和链接模型自动激活编译器编译和链接模型 支持多处理器系统支持多

11、处理器系统dSPACE实时仿真系统实时仿真系统RTWMATLABSimulinkStateflowRT-SoftwareRT-HardwareReal-Time Interface12 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn dSPACE 软件产品软件产品实验软件实验软件ControlDesk 将多种功能集成在一个软件之中将多种功能集成在一个软件之中dSPACE实时仿真系统实时仿真系统13 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn dSPACE 软件产品软件产品实验软件实验软件ControlDesk 硬件管理硬件管理 虚

12、拟仪表、数据采集虚拟仪表、数据采集 变量管理变量管理 参数管理参数管理dSPACE实时仿真系统实时仿真系统14 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn dSPACE实时仿真系统实时仿真系统n DS1103单板系统简介单板系统简介n dSPACE实时仿真系统在风力发电系统中的应用实时仿真系统在风力发电系统中的应用目目 录录15 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn 当今社会，市场对产品的需求呈现多样性、快速性的趋势，控当今社会，市场对产品的需求呈现多样性、快速性的趋势，控制器的开发面临着多样性需求和快速开发之间的矛盾；

13、对控制制器的开发面临着多样性需求和快速开发之间的矛盾；对控制系统鲁棒性和可靠性的要求也日趋增加，并行工程系统鲁棒性和可靠性的要求也日趋增加，并行工程(即：设计、即：设计、实现、测试和生产准备同时进行实现、测试和生产准备同时进行)被提上了日程。被提上了日程。n dSPACE为这些问题的解决创造了一个良好的环境，在开发过为这些问题的解决创造了一个良好的环境，在开发过程中程中dSPACE为为快速控制原型快速控制原型(RCP)和和硬件在回路仿真硬件在回路仿真(HILS)提供了统一的应用平台。在快速控制原型中提供了统一的应用平台。在快速控制原型中dSPACE作为控制作为控制器与实验对象相连，通过器与实验

14、对象相连，通过Controldesk观察控制算法的性能，如观察控制算法的性能，如果控制算法不理想，可以很快地进行反复修改设计，反复实验果控制算法不理想，可以很快地进行反复修改设计，反复实验直到找到理想的控制方案。在硬件在回路仿真中直到找到理想的控制方案。在硬件在回路仿真中dSPACE充当充当控制对象，模拟控制对象产生的信号，用来检验开发的控制算控制对象，模拟控制对象产生的信号，用来检验开发的控制算法正确性和可靠性。法正确性和可靠性。采用采用dSPACE进行控制系统设计开发进行控制系统设计开发16 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn RCP与与HIL采用

15、采用dSPACE进行控制系统设计开发进行控制系统设计开发与控制对象实物连接与控制对象实物连接快速控制原型快速控制原型Real-Time Workshop CodePlantModelControllerModel模模 型型控制对象模型控制器模型与控制器实物连接与控制器实物连接硬件在回路仿真硬件在回路仿真Real-Time Workshop Code快速控制原型快速控制原型(RCP)硬件在回路仿真硬件在回路仿真(HIL)17 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn 快速控制原型快速控制原型(RCP：Rapid Control Prototyping) 技术技

16、术 快速控制原型，是在集成了良好的便于使用的建模、设计、离线快速控制原型，是在集成了良好的便于使用的建模、设计、离线仿真、实时开发及测试工具的基础上，进行控制系统的反复修改仿真、实时开发及测试工具的基础上，进行控制系统的反复修改设计及离线仿真、实时仿真，从而将错误及不当之处消除于设计设计及离线仿真、实时仿真，从而将错误及不当之处消除于设计初期，使设计修改费用减至最小。初期，使设计修改费用减至最小。 通过将快速原型硬件系统与所要控制的实际设备相连，可以反复通过将快速原型硬件系统与所要控制的实际设备相连，可以反复研究使用不同传感器及驱动机构时系统的性能特征。研究使用不同传感器及驱动机构时系统的性能

17、特征。 还可以利用旁路（还可以利用旁路（BYPASSBYPASS）技术将原型电控单元（）技术将原型电控单元（ECUECU： Electronic Control UnitElectronic Control Unit）或控制器集成于开发过程中，从而）或控制器集成于开发过程中，从而逐步完成从原型控制器到产品型控制器的顺利转换。逐步完成从原型控制器到产品型控制器的顺利转换。 采用采用dSPACE进行控制系统设计开发进行控制系统设计开发18 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LAB采用采用dSPACE进行控制系统设计开发进行控制系统设计开发19 / 58Electr

18、. Eng. & Power Convers. LABn 硬件在环仿真硬件在环仿真 (HIL：Hardware in the Loop) 技术技术 硬件在环仿真，是在新的控制系统设计结束、已开发出硬件在环仿真，是在新的控制系统设计结束、已开发出ECUECU并制成并制成产品型控制器后，将产品型控制器与控制对象的仿真模型连接起产品型控制器后，将产品型控制器与控制对象的仿真模型连接起来进行仿真，从而测试产品型控制器的性能。来进行仿真，从而测试产品型控制器的性能。 产品型控制器开发完成后需要在闭环下对其进行详细测试，但由产品型控制器开发完成后需要在闭环下对其进行详细测试，但由于种种原因如：极限测试、失

19、效测试，或在真实环境中测试费用于种种原因如：极限测试、失效测试，或在真实环境中测试费用较昂贵等，使测试难以进行；或为了缩短开发周期，希望在控制较昂贵等，使测试难以进行；或为了缩短开发周期，希望在控制器运行环境不存在的情况下（如：控制对象与控制器并行开发）器运行环境不存在的情况下（如：控制对象与控制器并行开发），对其进行测试。，对其进行测试。 因此，需要进行半实物仿真因此，需要进行半实物仿真(HIL)(HIL)，以在开发阶段的早期及时掌握，以在开发阶段的早期及时掌握更多信息，从而降低设计风险。更多信息，从而降低设计风险。 采用采用dSPACE进行控制系统设计开发进行控制系统设计开发20 / 58

20、Electr. Eng. & Power Convers. LAB采用采用dSPACE进行控制系统设计开发进行控制系统设计开发21 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LAB采用采用dSPACE进行控制系统设计开发进行控制系统设计开发n dSPACE V-Cycle 产品开发流程产品开发流程22 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn dSPACE V-Cycle 产品开发流程产品开发流程1采用采用dSPACE进行控制系统设计开发进行控制系统设计开发功能设计及离线仿真 MATLAB/Simulink 建立对象数学模型 设计控

21、制方案 进行离线仿真23 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn dSPACE V-Cycle 产品开发流程产品开发流程2采用采用dSPACE进行控制系统设计开发进行控制系统设计开发快速控制原型 dSPACE 原型 实验室进行控制器测试的可靠方案 通过自动代码生成工具可以在几分钟内把框图变成实时的实验 多种规格的硬件 适用于不同的计算能力与I/O要求24 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn dSPACE V-Cycle 产品开发流程产品开发流程采用采用dSPACE进行控制系统设计开发进行控制系统设计开发目标代码生成

22、 TargetLink 从MATLAB/Simulink生成定点代码 可靠性、效率、可读性能与手工代码媲美 对于不同的控制器与编译器可选择不同的优化方法 自动定标 （scaling） 25 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn dSPACE V-Cycle 产品开发流程产品开发流程4采用采用dSPACE进行控制系统设计开发进行控制系统设计开发目标代码生成硬件在环仿真快速控制原型对模型进行标定校正功能设计及离线仿真 硬件在环仿真 模拟被控对象的各种工况 在线实时监控和标定各种仿真参数 实现测试自动化，且测试过程可复现 实现高速运算，满足电控单元测试的实时性

23、要求； 易于维护和扩展测试能力。26 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn Matlab/dSPACE 集成开发环境集成开发环境采用采用dSPACE进行控制系统设计开发进行控制系统设计开发控制对象理论模型的建立控制对象理论模型的建立初步控制系统设计初步控制系统设计通过离线仿真对控制系统测试通过离线仿真对控制系统测试生成模型实时代码生成模型实时代码通过通过ControlDesk 采集采集数据及观测、修改变量数据及观测、修改变量定义模型定义模型 I/O27 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn dSPACE实时仿真系统

24、实时仿真系统n 采用采用dSPACE实时仿真系统进行控制系统设计开发实时仿真系统进行控制系统设计开发n dSPACE实时仿真系统在风力发电系统中的应用实时仿真系统在风力发电系统中的应用目目 录录28 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn DS1103简介简介 dSPACE推出的推出的DS1103 PPC控制器板是迄今为止所有单板系统中控制器板是迄今为止所有单板系统中功能最强大、功能最强大、I/O最丰富的开发系统。为了不给开发带来任何限制最丰富的开发系统。为了不给开发带来任何限制，DS1103采用了采用了PowerPC处理器来进行浮点运算。处理器来进行浮点

25、运算。 DS1103拥有大量拥有大量I/O接口，使其可以满足各种接口，使其可以满足各种RCP应用要求。应用要求。 DS1103集成有集成有ADC、DAC，还配有数字，还配有数字I/O。 DS1103还配备一个以还配备一个以TI公司的公司的TMS320F240 DSP为核心的为核心的I/O从从处理器子系统，可用来满足特殊的处理器子系统，可用来满足特殊的I/O要求。这种要求。这种DSP可提供三相可提供三相PWM信号发生器，尤其适于电气驱动方面的应用。信号发生器，尤其适于电气驱动方面的应用。 DS1103拥有多路数字拥有多路数字/模拟增量编码器接口，板载测速控制器，可模拟增量编码器接口，板载测速控制

26、器，可对数字或模拟增量编码器位置信号进行解析，非常便于应用到电对数字或模拟增量编码器位置信号进行解析，非常便于应用到电气驱动控制和机器人设计中。气驱动控制和机器人设计中。单板系统单板系统DS110329 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LAB DS1103集成有集成有Infineon的的CAN控制器，可以适应汽车及自动化方控制器，可以适应汽车及自动化方面的应用。面的应用。 DS1103可以插入可以插入dSPACE扩展箱或扩展箱或PC机中使用。由机中使用。由PC机负责提机负责提供电源，完成程序下载。所有的实时计算都是由供电源，完成程序下载。所有的实时计算都是由

27、PPC控制器板独控制器板独立执行，只有立执行，只有dSPACE的试验工具软件并行运行于的试验工具软件并行运行于PC主机上。主机上。单板系统单板系统DS110330 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LAB单板系统单板系统DS1103n DS1103架构图架构图31 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn Matlab/Simulink中中RTI1103的函数库的函数库 RTI1103的的Simulink主视窗主视窗单板系统单板系统DS110332 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn

28、 Matlab/Simulink中中RTI1103的函数库的函数库 RTI1103的的Master PowerPC函数库函数库单板系统单板系统DS110333 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn Matlab/Simulink中中RTI1103的函数库的函数库 RTI1103的的DSP从处理器函数库从处理器函数库单板系统单板系统DS110334 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn dSPACE实时仿真系统实时仿真系统n 采用采用dSPACE实时仿真系统进行控制系统设计开发实时仿真系统进行控制系统设计开发n DS

29、1103单板系统简介单板系统简介目目 录录35 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn 随着风电技术发展，风电设备在风随着风电技术发展，风电设备在风场调试存在诸多困难。场调试存在诸多困难。n 采用传统的计算机离线仿真技术，采用传统的计算机离线仿真技术，对于风电机组这样复杂的系统，很对于风电机组这样复杂的系统，很难建立精确的数学模型，所得到的难建立精确的数学模型，所得到的控制策略因忽略了真实实物环境因控制策略因忽略了真实实物环境因素的影响难以令人信服。素的影响难以令人信服。dSPACE在风力发电系统中的应用在风力发电系统中的应用36 / 58Electr.

30、Eng. & Power Convers. LABn 基于基于dSPACE实时仿真系统，利用实时仿真系统，利用其与仿真软件其与仿真软件MATLAB/Simulink无缝连接的优势，采用硬件在环无缝连接的优势，采用硬件在环仿真技术，通过实时硬件与仿真技术，通过实时硬件与dSPACE控制器相连，构造基于控制器相连，构造基于dSPACE硬件在环的风电系统控制硬件在环的风电系统控制与测试系统。与测试系统。dSPACE在风力发电系统中的应用在风力发电系统中的应用n 利用此系统不但可加快风电机组主控制器的开发周期，利用此系统不但可加快风电机组主控制器的开发周期，而且降低了控制器在真实风电机组上进行测试的风

31、险，而且降低了控制器在真实风电机组上进行测试的风险，增加了测试的安全性及可靠性。增加了测试的安全性及可靠性。37 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABdSPACE在风力发电系统中的应用在风力发电系统中的应用38 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn dSPACE在双馈风电系统中的应用在双馈风电系统中的应用 双馈型风力发电系统因其变流器容量小、成本低、技术成双馈型风力发电系统因其变流器容量小、成本低、技术成熟等优点，在许多场合，尤其是大功率领域得到广泛应用。熟等优点，在许多场合，尤其是大功率领域得到广泛应用。 双馈式风

32、电系统的变流器常采用两个三相两电平电压型双馈式风电系统的变流器常采用两个三相两电平电压型PWM变换器以背靠背（变换器以背靠背（Back-to-Back）的形式连接。）的形式连接。dSPACE在风力发电系统中的应用在风力发电系统中的应用39 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn dSPACE在双馈风电系统中的应用在双馈风电系统中的应用 实验室条件下，基于实验室条件下，基于dSPACE的双馈风电系统主要由原动的双馈风电系统主要由原动机、发电机及背靠背式并网变流器三部分组成。机、发电机及背靠背式并网变流器三部分组成。dSPACE在风力发电系统中的应用在风力发电

33、系统中的应用 通过转接电路板与通过转接电路板与dSPACE实时仿真实时仿真系统相连，实现系系统相连，实现系统的控制及实时状统的控制及实时状态采集，进行风电态采集，进行风电系统控制策略的实系统控制策略的实验与测试工作。验与测试工作。40 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn DS1103单板系统及上位机单板系统及上位机dSPACE在风力发电系统中的应用在风力发电系统中的应用41 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABdSPACE在风力发电系统中的应用在风力发电系统中的应用n 双馈风力发电系统模拟实验平台双馈风力发电系统模

34、拟实验平台42 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn ControlDesk控制界面控制界面dSPACE在风力发电系统中的应用在风力发电系统中的应用虚拟仪器可视化的测量变量可视化的模型参数在线调参数据获取 实验控制开始, 停止, .参数编辑 43 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn 应用实例：基于滑模变结构控制的双馈风电系统网侧变流应用实例：基于滑模变结构控制的双馈风电系统网侧变流器控制策略器控制策略 在两相静止坐标系下，提出了一种基于滑模变结构的双环在两相静止坐标系下，提出了一种基于滑模变结构的双环控制策略，内

35、环将直接功率控制与滑模变结构控制相结合控制策略，内环将直接功率控制与滑模变结构控制相结合，既吸收了直接功率控制的快速性，也保持了滑模变结构，既吸收了直接功率控制的快速性，也保持了滑模变结构控制的鲁棒性；外环将滑模变结构理论引入到直流母线电控制的鲁棒性；外环将滑模变结构理论引入到直流母线电压的控制中，在提高了系统稳定性的同时，兼顾了系统的压的控制中，在提高了系统稳定性的同时，兼顾了系统的动态性能指标。动态性能指标。dSPACE在风力发电系统中的应用在风力发电系统中的应用44 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn 网侧变流器网侧变流器 维持直流母线电压的稳定

36、。维持直流母线电压的稳定。 电压外环电压外环 实现对输入电流波形和功率因数的控制。实现对输入电流波形和功率因数的控制。 电流电流/功率内环功率内环dSPACE在风力发电系统中的应用在风力发电系统中的应用Electr. Eng. & Power Convers. LAB45 / 58n 三相静止坐标系下的数学模型三相静止坐标系下的数学模型dSPACE在风力发电系统中的应用在风力发电系统中的应用gagagaga gagagbgbgbgb gbgbgcgcgcgc gcgcdddddddcga gagb gbgc gcloadieLR iutieLR iutieLR iutdUCS iS iS ii

37、dt46 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn 两相静止（两相静止（-）坐标系下的数学模型）坐标系下的数学模型n 瞬时功率瞬时功率Pg、Qg以及变换器输出到直流侧的功率以及变换器输出到直流侧的功率PdcdSPACE在风力发电系统中的应用在风力发电系统中的应用47 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABggg gggggg gggdddd3()2dcggloadieR iLutieR iLutdUCS iS iidtgg gg ggg gg gdcloaddc3232dddcPe ie iQe ie iUPCIUtn 网

38、侧变换器的瞬时有功功率、无功功率的变化率及直流母网侧变换器的瞬时有功功率、无功功率的变化率及直流母线电压的表达式线电压的表达式dSPACE在风力发电系统中的应用在风力发电系统中的应用gggg ggs gggg ggs ggggggg ggs gggg ggs gggdcloaddcd311d2d311d2dddcPeeR iuieeR iuitLLQeeR iuieeR iuitLLUPCIUt48 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn 基于基于SMC-DPC的系统功率内环设计的系统功率内环设计 控制方案设计的主要目的是得到一个输出电压控制量，使控制方案

39、设计的主要目的是得到一个输出电压控制量，使其成为变流器交流侧电压调制波，驱动开关管。其成为变流器交流侧电压调制波，驱动开关管。dSPACE在风力发电系统中的应用在风力发电系统中的应用gggg ggs gggg ggs ggggggg ggs gggg ggs gggd311d2d311d2PeeR iuieeR iuitLLQeeR iuieeR iuitLLg1g2()dddd()ddddgrefggrefgd PPPStdttd QQQStdtt 49 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn 基于基于SMC-DPC的系统功率内环设计的系统功率内环设计

40、将上述两式结合写成状态方程形式将上述两式结合写成状态方程形式 将上式进行变换将上式进行变换 上式为功率环使用滑模控制时的解耦关系式，采用上式结合滑模上式为功率环使用滑模控制时的解耦关系式，采用上式结合滑模控制器可直接得到输出电压控制量，实现内环控制。控制器可直接得到输出电压控制量，实现内环控制。dSPACE在风力发电系统中的应用在风力发电系统中的应用d=+dtpcSFDV2gggsggg12ggsgg32RUPQLLFFRQPLFggggg32eeeeLDgcguuV1cddtpSVDFElectr. Eng. & Power Convers. LAB50 / 58n 基于基于SMC的直流电压

41、外环控制器的设计的直流电压外环控制器的设计 网侧变流器的直流母线电压只与有功功率有关，与无功功网侧变流器的直流母线电压只与有功功率有关，与无功功率无关。因此可采用外环为电压环，内环为功率环的方式率无关。因此可采用外环为电压环，内环为功率环的方式对网侧变流器进行控制。对网侧变流器进行控制。 定义外环滑模面函数为：定义外环滑模面函数为： 当系统运行到滑模面时，当系统运行到滑模面时， 外环采用指数趋近律设计滑模控制器，并同样采用饱和函外环采用指数趋近律设计滑模控制器，并同样采用饱和函数代替滑模控制器中的符号函数，可得：数代替滑模控制器中的符号函数，可得：dSPACE在风力发电系统中的应用在风力发电系

42、统中的应用dcdcuSUUudcudSdUS =-=0dtdtsatu1u2udS=-K S - KSdt51 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn 基于基于SMC的直流电压外环控制器的设计的直流电压外环控制器的设计 根据直流母线电容节点的电流关系根据直流母线电容节点的电流关系 通过上式将内外环联系在一起，系统电压外环的输出为有通过上式将内外环联系在一起，系统电压外环的输出为有功功率给定值。功功率给定值。dSPACE在风力发电系统中的应用在风力发电系统中的应用loaddcddudcSPCIUt52 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn 理想电网条件下，基于滑模变结构控制的双馈风电系统网理想电网条