飞机应急动力系统HIL仿真测试的模型研究

传统的应急动力测试试验存在肼燃料泄露的风险,利用模型代替产品对系统进行硬件在环(Hardware-in-the-Loop,HIL)仿真测试,可以减少项目研制风险及费用,缩短产品研制周期。HIL仿真测试的有效性取决于模型对产品的仿真程度。基于各部件工作原理的数学描述,利用Matlab/Simulink对应急动力系统的模型进行研究,并利用模型实现系统的全数字仿真,结果满足要求后,将被控对象模型生成代码下载到实时仿真机进行控制器的HIL测试,模型仿真结果与HIL测试结果基本吻合。

风电变流器的RT-LAB硬件在环仿真系统设计与实现

对于兆瓦级风电变流器的控制算法研究多采用Matlab/Simulink、PSCAD和Psim等纯数字仿真软件,存在不能真实模拟风电变流器运行和不便于控制算法开发和移植等缺点。鉴于此,利用RT-LAB半实物虚拟仿真器和分布式数字控制器实现无缝连接,搭建了一套3 MW鼠笼型全功率风电变流器的硬件在环仿真平台,并进行了风电变流器的控制算法开发和验证。半实物仿真和实验结果表明,在RT-LAB硬件在环仿真平台上开发的软件算法可以直接应用到实际变流器系统中,且控制效果完全一致,该方法大大缩短了风电变流器的研发周期。

基于联合算法的军用车辆混合动力系统能量管理

针对一种串联式军用车辆混合动力系统中各动力源特性和负载特点,制定了多算法联合的能量管理策略。利用小波变换算法分离负载需求中的高频分量和低频分量,分别分配给超级电容和具有较低输出截止频率的动力源,实现负载频率特性与动力源输出特性匹配。采用模糊控制对负载需求低频分量在电池及发动机-发电机组之间进行二次优化分配。由部件级控制算法完成各动力源的输出和工作点控制,最终实现对混合动力系统这类多领域、非线性时变系统的多目标优化控制。构建一种具有高置信度的分布式硬件在环仿真平台对能量管理策略进行仿真验证,结果表明,所提的能量管理方法具有控制效果好、实时性好等优点,达到了预期的控制目标,可应用于军用电传动车辆能量管理控制。

适用于工业园区的微电网系统能量管理

为了提高微电网系统输出特性,满足工业园区并网要求,提出一种基于功率预测、前馈控制的微电网系统能量管理策略。通过功率预测,高效控制微电网系统输出功率,跟踪厂区负荷;基于前馈控制的储能波动平抑,有效平滑系统输出,并提高电池应用效率。在RTDS实时仿真平台上,结合能量管理器,搭建微电网系统硬件在环测试平台,MW级风光储微电网系统工程的长期稳定运行验证了所提算法的有效性和稳定性。

电力电子半实物仿真技术及其发展

分析了电力电子半实物仿真技术原理。在传统技术方面,介绍了两大主流实时仿真平台(d SPACE和RT-LAB)以及针对电力电子半实物仿真的3种核心技术(集成Sim Power Systems、Artemis及RT-Events);在新技术方面,介绍了基于CPU+FPGA结构的电力电子半实物仿真平台及其相应仿真模型开发工具、功率硬件在回路技术以及虚拟原型技术,并预测了其发展趋势。

一种电力系统故障模拟平台研究

文章提出了一种基于硬件在环技术的大功率、灵活电网故障模拟电源平台;该平台采用RTDS装置和背靠背式电压源型PWM变换器的拓扑结构,并基于重复控制器实现无静差调节,可以灵活调节仿真参数与实验类型,保证了平台稳定精确地运行。实验结果表明:该装置操作简易、灵活性强、可靠性高,各种故障种类齐全,故障参数柔性可调,且拓展性强,可以作为电力系统故障模拟的有效测试手段。

基于数字孪生驱动的智慧微电网多智能体协调优化控制策略

随着电力系统运行中负荷、气象、设备、电/气/热多能流等全景信息的日益增多,传统的电力系统建模仿真技术已很难适应未来智慧能源系统运行控制的需要,而结合机器学习、通信网络、高性能分析计算、物联网的数字孪生技术可以有效解决这一技术难题。首先,针对国内外不同领域对于数字孪生技术的基本定义和应用场景,讨论了面向智慧能源系统的数字孪生构建方式和未来发展思路,设计了考虑多通信协议交互的智慧微电网数字孪生和多智能体控制架构。考虑到物理空间、数字空间及耦合关系,对智慧微电网的全生命周期管理过程进行任务分解,构建调控资源智能体、调控过程智能体和调控服务智能体;然后,构建系统的数字和物理孪生体,利用传感器采集的分布式元件和周围环境的各项孪生数据,对数据库管理模块进行更新,进行组合功率预测和多目标优化决策;最后,构建基于Opal-RT半实物仿真平台的智慧微电网测试模型,利用用户数据报协议(user datagram protocol,UDP)通信协议实时感知试验数据,在微电网并网和孤岛2种工作场景下验证所提控制策略,结果表明:智慧微电网能够按照数字孪生优化后的试验方案在实际系统中执行,同时将执行情况与数字孪生系统实时交互,为全生命周期管理提供运行指导。

基于模块化多电平的真双极柔性直流控制保护系统开发及验证

文章对基于模块化多电平(MMC)的真双极柔性直流输电控制保护系统的分层设计及功能配置进行了描述。针对双极柔性直流输电设计了无功功率控制策略,实现了无功功率控制和交流电压控制下两站无功功率的优化运行。设计了双极金属回线与大地回线转换控制策略,实现金属与大地转换。进一步对模块化多电平真双极拓扑结构的阀侧故障进行了详细分析,提出了可行的保护配置方案。最后给出了基于厦门双极柔性直流输电工程真实控制保护主机构成的实时硬件闭环系统试验结果,证明设计的双极柔性直流控制保护策略能够很好地满足双极柔性直流工程的需求。

水下热动力系统半实物仿真研究

水下热动力半实物仿真试验台可提供仅次于鱼雷热动力系统热车功率试验置信度的试验手段。以实时仿真计算机、背压模拟装置、负载模拟装置、调速与驱动装置构成半实物仿真试验系统的核心,以比例和比例积分控制算法进行背压和负载压力的闭环控制,通过低通数字滤波改善数字仿真模型的稳定性,对数字仿真模型进行动态特性修正以实现半实物系统与实际系统特性的良好吻合,系统背压动态模拟精度达到了0.5%,转速和负载动态模拟精度达到了1.5%,整个半实物仿真系统获得了较高的模拟准确度。

基于半实物仿真的风力发电实验教学平台

针对传统的风力发电教学实验平台功能单一、难以完全满足新工科建设对学生多维能力培养需求的现状,基于半实物仿真技术,设计了一种产学研一体化的风力发电控制装置研发及教学实验平台。以OBE(基于学习产出的教育模式,Outcomes-Based Education)理念为指导,依托贵州大学通用实时仿真平台,以培养科学素养高、创新能力强、实践能力强的三位一体的复合型高级工程技术人才为目标,参考企业实际产品研发测试流程,通过采用先进的实时仿真技术,构建了适用于新工科建设的新一代实验教学平台,探索了产学研一体化的新工科人才培养路径。

功率连接型数模混合仿真系统接口特性分析

为解决功率连接型数模混合仿真中闭环稳定性与仿真精确性两个关键问题,提出基于系统传递函数的稳定性分析方法和精确性评估方法。介绍并比较了5种接口算法的特性,研究论证了其稳定性与精确性的优劣。在Matlab/Simulink中搭建了简单电路数字仿真子系统与物理被试系统的模型,对5种接口算法的稳定性与精确性进行了离线仿真,结果表明特定应用中阻尼阻抗法相比于其他算法可行性更高。

燃料电池无人机动力系统半实物仿真

针对燃料电池无人机(UAV)动力系统飞行测试困难的问题,为了提升动力系统设计与开发水平,以燃料电池、锂电池、DC/DC功率转换器、电子调速器和直流无刷电机组成的动力系统作为实物介入,无人机动力学、自动驾驶仪、螺旋桨、飞行环境等数学模型为软件部分,无人机的油门信号控制及飞行过程中电机的载荷等为模拟仿真部分,以信号发生器、测功机及扭矩加载装置为软硬件接口,设计并搭建了燃料电池无人机动力系统半实物(HIL)仿真平台。面向典型任务剖面,基于状态机管理策略,对燃料电池/锂电池电动无人机的动力系统进行了半实物仿真研究,分析了半实物仿真平台和管理策略的有效性和实用性。

船舶柴油发电机组控制模块仿真测试系统的设计与实现

为验证一种船舶综合电站发电机组并联控制模块的功能和性能,设计开发基于Simulink船舶电站系统的仿真模型,并以该模型为基础构建硬件在环(Hardware-In-Loop,HIL)测试系统,为测试并联控制器的功能提供测试环境。仿真试验结果表明,该系统能真实、准确地模拟船舶电站在正常运行和故障运行时电网上各部分的电压、电流情况及柴油发电机组的运行情况,该测试环境能正确、有效地测试并联控制器的控制效果,具有一定的工程应用价值。

基于线性自抗扰的齿轮传动涡扇发动机控制

为了研究干扰对航空发动机系统的影响及提高控制系统抗干扰能力,采用基于模型的设计方法(MBD),建立一种大涵道比齿轮传动涡扇发动机(GTF)部件级模型,并且针对发动机干扰来源,根据发生机理建立大气湍流干扰和功率提取干扰模型。基于线性自抗扰控制(LADRC)方法设计了发动机转子转速控制器。在全数字仿真平台和硬件在环仿真平台上对发动机模型、干扰模型以及控制算法进行了集成与验证。结果表明:发动机在面对这些类干扰时,LADRC控制器在转速等重要性能指标上的抗扰能力比PID控制器提高20%以上。LADRC控制具有更好的鲁棒性和抗干扰能力,保证了发动机的平稳运行,为LADRC在实际航空工程中的应用打下了良好的基础。

基于PLC的硬件在环仿真系统及其在风力发电并网中的应用

把可编程逻辑控制器引入到硬件在环仿真系统中,介绍了基于可编程逻辑控制器的硬件在环仿真系统,并用该仿真系统对风力发电的软并网控制过程进行了仿真仿真分析验证了该仿真系统的有效性。

电动助力系统观测器的分析设计

为了获取精确的电动助力转向系统(EPS)状态变量,提出了3种状态观测器,分别为4阶、5阶和6阶的全维观测器。5阶全维观测器加入干扰,6阶全维观测器加入了干扰及干扰变化率。利用MATLAB/Simulink环境对EPS系统进行仿真,利用dSPACE进行硬件在环实验,比较了3种用于EPS系统的状态观测器。实验结果表明,即使在有干扰的情况下,带有5阶全维观测器估算的输入状态量误差最小。

电化学储能电站在日喀则电网建设中的应用探讨

日喀则电网以光伏为主要电源装机,位于西藏电网的长链式结构中,作为连接阿里电网与主网的关键节点,面临着严峻的安全稳定问题。为缓解保供压力并支撑电网稳定运行,亟须发展储能技术。然而,在高海拔特殊环境下,储能建设工程经验相对缺乏。以日喀则某电网侧储能电站建设为背景,探讨了特殊环境下储能电池系统、变流升压系统、电池管理系统、能量管理系统等的设计要求,并对储能电站重点关注的有功功率控制、低电压穿越能力、抗三相短路故障性能进行了硬件在环仿真验证,试验结果证明,这些性能满足电站并网要求。日喀则某电网侧储能电站的建设经验对西藏高海拔特殊环境的储能建设具有一定的借鉴和参考意义,有助于推动西藏新型电力系统的建设。

基于RCP/HIL技术的混合动力电控系统设计研究

燃油出租车由于其特殊的行驶工况,运营时间长、起停次数多、低速段占比大,不仅单车油耗高,而且是城市空气污染的重要来源。将在用出租车通过油电混合动力的改造,是改善排放和油耗的有效途径。要实现改造,必须增加一套价廉实用的电驱动系统,该系统的核心是用于整车控制的电控系统,研发过程中运用了先进的RCP(快速控制原型)/HIL(硬件在环仿真)技术,采用了基于Matlab/dSPACE/Target—link的现代开发平台,不仅系统的控制性能得到了优化,还大大缩短了研发周期,节约了大量研发经费。

混联式混合动力控制系统硬件在环仿真平台设计与应用

基于dSPACE系统设计了混联式混合动力控制系统硬件在环仿真平台,其可在不进行实车试验的情况下对综合控制器进行全面、快速、充分的在线测试。平台主要由实时仿真系统、系统数字模型、部分部件实物与操控界面等组成。在该平台上完成了混合动力综合控制器ECU的在线测试,综合控制器较好地完成了控制功能。结果表明,设计的混合动力硬件在环仿真平台功能可靠,可以完成对混合动力控制系统全面、快速的控制性能在线测试与分析。硬件在环仿真平台可在实验室内快速、方便地在不同设定工况甚至是实际中很难获得或十分危险的工况下对ECU进行试验,可缩短开发周期、节约试验费用、降低开发风险。