[发明专利]一种永磁直驱式风力发电系统的多速率实时仿真方法

说明书

本发明公开了一种永磁直驱式风力发电系统的多速率实时仿真方法包括：采用受控电源将永磁直驱风机系统的背靠背换流器两侧的永磁直驱风机电气系统模型分割为CPU与FPGA两个电气子系统，将载波与脉冲宽度调制模型从所述永磁直驱风机系统的控制系统中分割作为FPGA控制子系统，而永磁直驱风机系统的控制系统中的PI双闭环控制模型作为CPU控制子系统，将分割后的永磁直驱风机系统通过CPU与FPGA联合仿真平台进行多速率电磁暂态实时仿真，并在系统间采用以太网进行异步通信。本发明降低了实时仿真平台的搭建难度和FPGA硬件资源的占用，充分利用CPU与FPGA平台的优势，使得电气模型更完善且可并行高速运算，具有小步长仿真能力，同时消除PWM波通信对实时仿真结果的影响。

技术领域

本发明涉及电力电子技术技术领域，尤其涉及一种永磁直驱式风力发电系统的多速率实时仿真方法。

背景技术

近年来随着新能源发电技术的快速发展，永磁直驱风机系统的并网规模不断地增大，实时仿真是进行永磁直驱风机系统并网研究的重要手段，而随着电力电子技术的不断发展，电力电子器件的开关频率越来越高，使得传统基于CPU的实时仿真平台无法满足永磁直驱风机系统对小步长仿真的需求。

现场可编程门阵列缩写为Field Programmable Gate Array，FPGA，凭着其高度并行性、流水线结构、分布式内存及可重构结构成为了搭建小步长电磁暂态实时仿真平台的有效手段。

由于CPU实时仿真平台的研究已经较为成熟，能够兼容Simulink模型，电气模型较为完善，而FPGA芯片只能运行离散模型，并且其硬件资源有限，因此若单独采用FPGA芯片搭建永磁直驱风机仿真平台，永磁同步电机的离散数学建模会增加实时仿真系统搭建的难度，并且会占用较多的FPGA硬件资源，因此搭建CPU和FPGA联合仿真平台能够有效利用其各自优点、降低平台搭建难度且降低FPGA硬件资源占用。

虽然有研究者提出对含电力电子器件的电力系统进行分割，然后基于CPU与FPGA进行联合实时仿真，但其模型分割方法是将电气系统作为FPGA子系统，控制系统作为CPU子系统。因此该方法不适用于永磁直驱风机系统，所以本发明提出基于FPGA和CPU联合平台的永磁直驱风机系统多速率实时仿真方法。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有的传统基于CPU的实时仿真平台无法满足永磁直驱风机系统对小步长仿真的需求，以及单独采用FPGA芯片搭建永磁直驱风机仿真平台搭建难度高和FPGA硬件资源占用大的问题，提出了本发明。

因此，本发明目的是提供一种永磁直驱式风力发电系统的多速率实时仿真方法。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

作为本发明所述永磁直驱式风力发电系统的多速率实时仿真方法，其中：

采用受控电源将永磁直驱风机系统的背靠背换流器两侧的永磁直驱风机电气系统模型分割为CPU与FPGA两个电气子系统；

将载波与脉冲宽度调制模型从所述永磁直驱风机系统的控制系统中分割作为FPGA控制子系统，而永磁直驱风机系统的控制系统中的PI双闭环控制模型作为CPU控制子系统；

将分割后的永磁直驱风机系统通过CPU与FPGA联合仿真平台进行多速率电磁暂态实时仿真，并在系统间采用以太网进行异步通信。

作为本发明所述永磁直驱式风力发电系统的多速率实时仿真方法，其中：所述永磁直驱风机系统由空气动力系统、永磁同步发电机、背靠背变流器、滤波电路、并网电路和控制电路构成。