[發(fā)明專利]一種含變頻調(diào)速機(jī)和電氣化鐵路的特殊負(fù)荷數(shù)字物理仿真平臺及仿真方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710631249.6
• 申請日: 2017-07-28
• 公開（公告）號: CN107239045A
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姚力;胡瑛俊;徐韜;韓霄漢;沈建良
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02;G05B19/042
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 魯力

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種含變頻調(diào)速機(jī)和電氣化鐵路的特殊負(fù)荷數(shù)字物理仿真平臺，屬于特殊負(fù)荷仿真實驗技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市化進(jìn)程的不斷加快，我們?nèi)粘５某鞘胸?fù)荷快速增長，其中電力電子設(shè)備的大量應(yīng)用，使得非線性、沖擊性負(fù)荷等特殊負(fù)荷給電網(wǎng)帶來的電能質(zhì)量問題日益突出，建立有效的特殊負(fù)荷模型對于研究電網(wǎng)電能質(zhì)、計量分析都具有重要意義特殊負(fù)荷所占的比重越來越大。特殊負(fù)荷中比較典型的有變頻調(diào)速機(jī)和電氣化鐵路。

在電機(jī)調(diào)速領(lǐng)域，隨著電力電子技術(shù)、計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)以及自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，電氣傳動技術(shù)正經(jīng)歷著一場歷史性的革命。隨著交流傳動技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，交流傳動技術(shù)越來越成熟，在很多領(lǐng)域交流傳動技術(shù)調(diào)速性能己能和直流傳動技術(shù)調(diào)速性能相媲美，并在許多工業(yè)控制領(lǐng)域己逐步取代直流傳動調(diào)速。

電氣化鐵路具有運輸能力大、行駛速度快、消耗能源少、運營成本低、工作條件好等一系列的優(yōu)點，特別是有利于提高能源的利用率、防止環(huán)境污染，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會效益，但隨著電氣化鐵路的高速發(fā)展，其對電網(wǎng)的影響也越來越受到關(guān)注。電氣化鐵路負(fù)荷是一種單相工頻交流制負(fù)荷，其特殊性使得牽引供電系統(tǒng)具有不同于一般三相電力系統(tǒng)的特征。對于給牽引變電所供電的三相對稱電力系統(tǒng)來說，電氣化鐵路負(fù)荷具有不對稱、非線性和波動性的特點，所產(chǎn)生的電能質(zhì)量問題集中在諧波和負(fù)序上。電氣化鐵路負(fù)荷注入電網(wǎng)的諧波電流、負(fù)序電流嚴(yán)重時會影響到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，對電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電、配電、用電等各環(huán)節(jié)的電力設(shè)備產(chǎn)生不利影響，甚至引起設(shè)備損壞。

因此我們需要構(gòu)建特殊負(fù)荷數(shù)字物理仿真平臺，依此對特殊負(fù)荷的工作特性、對電網(wǎng)的電能質(zhì)量的影響、對電氣設(shè)備的影響進(jìn)行分析，以保證城市電網(wǎng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運行。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種含變頻調(diào)速機(jī)和電氣化鐵路的特殊負(fù)荷數(shù)字物理仿真平臺，其特征在于：包括

LabVIEW和StarSim仿真開發(fā)平臺：用于搭建特殊負(fù)荷的軟件仿真模型，包括控制模塊和顯示模塊；

特負(fù)荷仿真模型包括變頻調(diào)速機(jī)和電氣化鐵路；

用戶通過控制模塊發(fā)出對模型的控制指令，

顯示模塊對模型進(jìn)行潮流計算的結(jié)果波形顯示；

NI PXI測量與控制平臺：用于數(shù)據(jù)采集，和上位機(jī)連接的實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)傳輸。包括具有定時和同步功能的機(jī)箱、系統(tǒng)控制器模塊、外圍模塊；

在上述的一種含變頻調(diào)速機(jī)和電氣化鐵路的特殊負(fù)荷數(shù)字物理仿真平臺，特殊負(fù)荷數(shù)字物理仿真平臺中，所述變頻調(diào)速機(jī)采用恒壓頻比變頻調(diào)速方式進(jìn)行建模，即保持恒定的電動勢頻率比的控制方式；所述電氣化鐵路包括供電系統(tǒng)和電力機(jī)車組成，供電系統(tǒng)包括供電電源和牽引供電系統(tǒng)兩部分。其中，牽引供電系統(tǒng)由牽引供電所和牽引網(wǎng)組成，系統(tǒng)通過牽引網(wǎng)將三相電網(wǎng)系統(tǒng)和牽引變電所相連。電動機(jī)車是鐵路運輸?shù)臓恳齽恿Γ妱訖C(jī)車本身不攜帶電源，靠接受牽引網(wǎng)輸送的電流，通過車載變流器由電動機(jī)驅(qū)動車輪。

在上述的一種含變頻調(diào)速機(jī)和電氣化鐵路的特殊負(fù)荷數(shù)字物理仿真平臺，所述的特殊負(fù)荷數(shù)字物理仿真平臺中，

所述外圍模塊包括配有：Virtex-5 LX110 FPGA的R系列多功能RIO模塊、針對于DSP的Xilinx Kintex-7 FPGA模塊，通過LabVIEW軟件對這兩個FPGA模塊進(jìn)行編程；高壓模擬輸出模塊、10V輸入的前置式接線盒和高速模擬輸出模塊。對FPGA模塊編程進(jìn)行計算，計算結(jié)果通過模擬輸出模塊輸出模擬波形。

具有定時和同步功能的機(jī)箱背板設(shè)有PCI和PCI Express通信總線；所述系統(tǒng)控制器模塊采用具備微軟Windows操作系統(tǒng)或?qū)崟r操作系統(tǒng)的高性能嵌入式控制器、或臺式機(jī)、或工作站、或服務(wù)器或筆記本電腦控制的遠(yuǎn)程控制器。

系統(tǒng)控制器模塊和外圍模塊插入PXI機(jī)箱插槽中，外部PC設(shè)備通過系統(tǒng)控制器模塊的外設(shè)接口和PXI系統(tǒng)連接，并通過機(jī)箱背板的通信總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程控制；特殊負(fù)荷的仿真模型在外部PC設(shè)備上的LabVIEW和StarSim仿真平臺進(jìn)行開發(fā)。

一種特殊負(fù)荷數(shù)字物理仿真方法，其特征在于：包括：

步驟1，在LabVIEW中分別編寫上位機(jī)Host程序、下位機(jī)RT程序，選用LabVIEW自帶的功率計算元件進(jìn)行計算；

步驟2，運行RT程序，數(shù)字仿真模型與外部物理接口在PXI上進(jìn)行部署；

步驟3，運行Host程序，發(fā)出控制指令；