船舶电力系统虚拟实验教学平台研发
发布时间：2020-12-30 20:15
为改善实验条件,开发了一套船舶电力系统故障诊断与保护虚拟实验教学平台。该实验平台利用NIVeriStand实现LabVIEW与MATLAB/Simulink的动态链接,利用LabVIEW实现数据库访问功能。结合Simulink的快速仿真建模设计、VeriStand对仿真模型的在线管理以及LabVIEW的图形显示,实现了对船舶电力系统的工况模拟、在线监测、故障诊断与保护等多个功能,缩短了仿真实验开发周期、提高了开发效率。以双机单桨且发电机整流输出侧短路故障工况为例,说明了虚拟实验平台的实验教学应用。
【文章来源】：实验技术与管理. 2019年07期 北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
虚拟实验教学平台的设计流程框图
问?幌允厩?饕???示波器和数值显示控件等直观地显示信号波形、数值、工况类型等；功能扩展区包括数据保存、历史查询和保护方案查询。1.2虚拟实验平台环境构建与数据交互NIVeriStand是一款可提供实时测试环境的软件，能够帮助用户提高创建实时测试应用程序的效率，具有开放、实时测试等特点。NIVeriStand的2018版本不仅可高速采集数据、进行数据管理与分析[10-13]，还能够实现LabVIEW、MATLAB、C/C++等软件环境的自定义和扩展。一个树状的VeriStand工程文件至少包括工程文件、系统定义文件和窗口显示文件。图2为虚拟实验平台的信息交互流程。当VeriStand配置完成时，就能为Simulink下的船舶电力系统仿真模型提供运行环境，且实现主计算机和执行主机之间的通信。这时，用户可利用VeriStand窗口显示文件Workspace构建的实时层界面以及LabVIEW建立的平台界面，对船舶电力系统的控制参数、开关等进行相关操作，可利用平台界面访问数据库进行数据储存、故障类型查询等。图2虚拟实验教学平台的信息交互流程本文利用MATLAB2015b、LabVIEW2016、VeriStand2016、SQLServer2008软件，但需要注意各软件版本的兼容性和安装顺序，否则无法正常链接。完成安装后，打开MATLAB，在其命令窗口中显示：NIVeriStandModelFramework###Successfullyinitializedcomponents并在SimulinkLibraryBrower中自动添加NIVeriStandBlocks模块，以上表明软件环境配置成功。在平台开发时，LabVIEW和VeriStand的数据交互，其核心是利用LabVIEW的NIVeriStand函数包，通过编程修改VeriStand引擎中的通道和参数。VeriStand利用Aliases对系统定义文件中的通道定义备用名称。LabVIEW利用NIVeriStand函数包，实现对VeriStand工作区管理器的调用，?
张敬南，等：船舶电力系统虚拟实验教学平台研发105LabVIEW与数据库之间的数据交互。2虚拟实验平台案例船舶电力系统虚拟实验教学平台由2套燃气轮整流发电机组(TG1、TG2)、2套柴油整流发电机组(DG1、DG2)和2套电力变压变频推进系统组成，负载为定桨距螺旋桨推进器。设置隔离开关QS1—QS4，直流断路器QF1—QF11（见图3）。图3环形拓扑结构示意图实验者依据“船舶电力系统故障保护课程设计”实验讲义对虚拟实验教学平台进行相关操作，并可自行设计系统运行工况、故障类型、故障时间以及保护方案等。本文以双机单桨工况DG1整流输出侧短路故障为例，说明虚拟实验平台的相关操作。TG1和DG1带一套推进负载M1且总功率大于10MW。实验者在平台界面的VeriStand模型加载区配置执行主机的IP地址和预先配置好的系统定义文件的路径，然后运行船舶电力系统故障诊断与保护软件，仿真程序在后台进行数值计算。通过对LabVIEW平台界面的参数下拉列表或者实时层Workspace界面输入控件进行参数的设置与修改，完成整流发电机组启动、加减载、并网、功率分配等操作。根据整流发电机组断路器状态、负载断路器状态以及负载系统总功率，判断当前船舶电力系统的运行状态，运行工况栏中显示“工况8”。实验者设置系统发生DG1整流输出侧短路故障，显示区DG1的“短路故障”指示灯亮。实验者通过显示区观察到故障对船舶电力系统产生的影响。然后实验者根据自行设计的保护方案对虚拟实验平台进行操作，验证所设计方案对系统的保护情况等。虚拟实验教学平台的部分实验结果曲线如图4所示。由实验结果可知：在DG1整流输出侧短路故障后，限流式断路器限制了短路电流的峰值和稳
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于网络功能虚拟化的网络测试实验平台构建[J]. 金可仲,刘军,陈胜凯. 实验技术与管理. 2018(11)
[2]基于Matlab的电力电子虚拟仿真实验平台研究[J]. 杨婷,杨厂. 实验技术与管理. 2018(07)
[3]电力推进系统实时监控平台的研究[J]. 高燕,张菁,李亚轩,刘瑾. 实验室研究与探索. 2017(03)
[4]基于虚拟仪器和Simulink的运动控制系统虚拟实验平台设计[J]. 邢雪宁,张厚升,季画. 实验技术与管理. 2015(08)
[5]船海虚拟仿真实验教学中心的建设与发展[J]. 冯峰,孙聪,曲先强. 实验技术与管理. 2014(01)
[6]基于Simulink与LabVIEW混合编程的电机系统仿真平台设计[J]. 许灵骏,俞佳侃,李济棋,袁登科. 机电一体化. 2012 (09)
[7]船舶电力推进试验平台设计[J]. 刘崇,沈爱弟,康伟. 上海海事大学学报. 2011(02)
[8]LabVIEW与Matlab/Simulink混合编程方法及应用[J]. 黄世奎,彭宇宁,谢树平,韦德晖. 实验室研究与探索. 2009(07)
硕士论文
[1]基于NI平台的汽车PCM硬件在环测试系统研究[D]. 唐云.浙江大学 2016
[2]电动汽车试验台架控制系统开发与研究[D]. 楚骏楠.上海交通大学 2014
本文编号：2948242
【文章来源】：实验技术与管理. 2019年07期 北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
虚拟实验教学平台的设计流程框图
问?幌允厩?饕???示波器和数值显示控件等直观地显示信号波形、数值、工况类型等；功能扩展区包括数据保存、历史查询和保护方案查询。1.2虚拟实验平台环境构建与数据交互NIVeriStand是一款可提供实时测试环境的软件，能够帮助用户提高创建实时测试应用程序的效率，具有开放、实时测试等特点。NIVeriStand的2018版本不仅可高速采集数据、进行数据管理与分析[10-13]，还能够实现LabVIEW、MATLAB、C/C++等软件环境的自定义和扩展。一个树状的VeriStand工程文件至少包括工程文件、系统定义文件和窗口显示文件。图2为虚拟实验平台的信息交互流程。当VeriStand配置完成时，就能为Simulink下的船舶电力系统仿真模型提供运行环境，且实现主计算机和执行主机之间的通信。这时，用户可利用VeriStand窗口显示文件Workspace构建的实时层界面以及LabVIEW建立的平台界面，对船舶电力系统的控制参数、开关等进行相关操作，可利用平台界面访问数据库进行数据储存、故障类型查询等。图2虚拟实验教学平台的信息交互流程本文利用MATLAB2015b、LabVIEW2016、VeriStand2016、SQLServer2008软件，但需要注意各软件版本的兼容性和安装顺序，否则无法正常链接。完成安装后，打开MATLAB，在其命令窗口中显示：NIVeriStandModelFramework###Successfullyinitializedcomponents并在SimulinkLibraryBrower中自动添加NIVeriStandBlocks模块，以上表明软件环境配置成功。在平台开发时，LabVIEW和VeriStand的数据交互，其核心是利用LabVIEW的NIVeriStand函数包，通过编程修改VeriStand引擎中的通道和参数。VeriStand利用Aliases对系统定义文件中的通道定义备用名称。LabVIEW利用NIVeriStand函数包，实现对VeriStand工作区管理器的调用，?
张敬南，等：船舶电力系统虚拟实验教学平台研发105LabVIEW与数据库之间的数据交互。2虚拟实验平台案例船舶电力系统虚拟实验教学平台由2套燃气轮整流发电机组(TG1、TG2)、2套柴油整流发电机组(DG1、DG2)和2套电力变压变频推进系统组成，负载为定桨距螺旋桨推进器。设置隔离开关QS1—QS4，直流断路器QF1—QF11（见图3）。图3环形拓扑结构示意图实验者依据“船舶电力系统故障保护课程设计”实验讲义对虚拟实验教学平台进行相关操作，并可自行设计系统运行工况、故障类型、故障时间以及保护方案等。本文以双机单桨工况DG1整流输出侧短路故障为例，说明虚拟实验平台的相关操作。TG1和DG1带一套推进负载M1且总功率大于10MW。实验者在平台界面的VeriStand模型加载区配置执行主机的IP地址和预先配置好的系统定义文件的路径，然后运行船舶电力系统故障诊断与保护软件，仿真程序在后台进行数值计算。通过对LabVIEW平台界面的参数下拉列表或者实时层Workspace界面输入控件进行参数的设置与修改，完成整流发电机组启动、加减载、并网、功率分配等操作。根据整流发电机组断路器状态、负载断路器状态以及负载系统总功率，判断当前船舶电力系统的运行状态，运行工况栏中显示“工况8”。实验者设置系统发生DG1整流输出侧短路故障，显示区DG1的“短路故障”指示灯亮。实验者通过显示区观察到故障对船舶电力系统产生的影响。然后实验者根据自行设计的保护方案对虚拟实验平台进行操作，验证所设计方案对系统的保护情况等。虚拟实验教学平台的部分实验结果曲线如图4所示。由实验结果可知：在DG1整流输出侧短路故障后，限流式断路器限制了短路电流的峰值和稳
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于网络功能虚拟化的网络测试实验平台构建[J]. 金可仲,刘军,陈胜凯. 实验技术与管理. 2018(11)
[2]基于Matlab的电力电子虚拟仿真实验平台研究[J]. 杨婷,杨厂. 实验技术与管理. 2018(07)
[3]电力推进系统实时监控平台的研究[J]. 高燕,张菁,李亚轩,刘瑾. 实验室研究与探索. 2017(03)
[4]基于虚拟仪器和Simulink的运动控制系统虚拟实验平台设计[J]. 邢雪宁,张厚升,季画. 实验技术与管理. 2015(08)
[5]船海虚拟仿真实验教学中心的建设与发展[J]. 冯峰,孙聪,曲先强. 实验技术与管理. 2014(01)
[6]基于Simulink与LabVIEW混合编程的电机系统仿真平台设计[J]. 许灵骏,俞佳侃,李济棋,袁登科. 机电一体化. 2012 (09)
[7]船舶电力推进试验平台设计[J]. 刘崇,沈爱弟,康伟. 上海海事大学学报. 2011(02)
[8]LabVIEW与Matlab/Simulink混合编程方法及应用[J]. 黄世奎,彭宇宁,谢树平,韦德晖. 实验室研究与探索. 2009(07)
硕士论文
[1]基于NI平台的汽车PCM硬件在环测试系统研究[D]. 唐云.浙江大学 2016
[2]电动汽车试验台架控制系统开发与研究[D]. 楚骏楠.上海交通大学 2014
本文编号：2948242
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