基于半实物仿真的电力系统微机保护实验平台
发布时间：2021-08-17 07:03
依据成果导向教育理念和新工科内涵的要求,结合新工程教育模式,构建一种面向产业场景的半实物微机保护实验平台。使用Matlab/Simulink搭建电网一次系统模型并运行在实时仿真器中;利用Matlab/Simulink搭建保护逻辑控制算法模型,通过代码生成技术快速生成控制算法C代码并移植到嵌入式开发平台;基于HIL理念,嵌入式开发平台和实时仿真器通过反馈信号和控制信号交换构成闭环系统,开展微机保护实验。该实验平台涵盖了非实时离线仿真、实时仿真和半实物仿真3个阶段,有利于培养学生建立分析复杂问题的逻辑链,帮助学生加深对微机保护理论的理解,增强自主学习和创新的意识,提升实践操作和解决问题的能力。
【文章来源】：实验室研究与探索. 2020,39(08)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
实验平台与电力专业的契合
基于半实物仿真的微机保护实验平台由实时仿真器、嵌入式开发平台、上位机、显示屏、示波器等硬件组成，实物连接图如图2所示。上位机用于搭建电网1次系统和保护逻辑控制算法模型，仿真器可以实时运行电网1次系统模型，嵌入式开发平台能够承载保护逻辑控制算法，显示屏可以实时显示决定系统稳定的所有动态信息。嵌入式开发平台、上位机和实时仿真器之间通过以太网进行通信，实时仿真器通过高清多媒体接口(high definition multimedia inferface,HDMI)线向显示屏传输实时信息。2.2 软硬件设计
在上位机PC中，Matlab因具有强大的计算能力和速度、模块化集合工具箱、图形仿真界面等特点，被广泛应用于电力仿真实验中。利用Simulink中的电源、负载、断路器、故障等简化功能模块搭建模拟电网运行状态的电网1次系统模型，该主电路模型经过编译运行后，转化、下载到实时仿真器中。另外，采用Simulink中的逻辑模块搭建相应的保护逻辑控制算法模型，经过仿真运行后验证控制逻辑算法的合理性，利用Matlab/Simulink中的Simulink Coder工具箱或针对嵌入式系统的Embedded Coder工具箱，将控制算法模型转换成C/C++语言模型，即通常所说的C代码[12]，把转换生成或者学生编写的保护逻辑控制代码移植到嵌入式开发平台，与测试对象实时互动，以达到对电网1次系统进行保护控制的目的，实现动态系统的硬件调试过程，并得到实时的仿真测试结果。代码生成技术不需要繁琐的编程过程，侧重于保护控制算法的研究，加快理论验证和算法改进过程;学生也可以利用C/C++语言开发软件编写微机保护的控制算法代码来锻炼学生的编程能力，减少保护逻辑控制算法2次编程、验证的时间，提高控制算法改进和应用的效率。基于工程应用设计的电气信息实时仿真器内置多核处理器、智能I/O接口、高速通讯单元、智能功率变换模块等，可以实现快速控制原型、功率级快速控制原型、HIL、功率HIL 4项基本功能[13]。该实时仿真器能够与Matlab/Simulink实现无缝对接，在Matlab/Simulink中搭建的模型经编译后，即可下载到实时仿真器中。模型在实时仿真器中运行的电压、电流值、断路器状态等信息可以传输给显示屏和嵌入式开发平台进行实时监控。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种Simulink模块封装的自动代码生成技术研究[J]. 万彪. 机床与液压. 2019(10)
[2]基于校企深度合作的学生工程实践教育模式研究[J]. 黄海燕,续智丹,杨福源,袁泉,边明远. 实验技术与管理. 2019(04)
[3]教学过程与生产过程对接的实践教学体系构建与实现[J]. 孙文志,黄玮,李宁,王斅. 实验室研究与探索. 2019(03)
[4]电力电子与电力传动DSP-HIL教学实验平台设计[J]. 毕大强,郭瑞光,陈洪涛. 实验技术与管理. 2019(01)
[5]测控与电子信息类创新创业实践平台建设与实践[J]. 李敏,郭永彩,刘嘉敏,刘俊,杜基赫,应苑松. 实验室研究与探索. 2018(08)
[6]面向工程教育专业认证的电力系统综合实验教学改革[J]. 梅林,孙玲玲,张楠. 实验室研究与探索. 2018(07)
[7]基于通用实时仿真平台的电流保护仿真研究[J]. 黄绍书,郝正航,余敏,陈卓. 贵州大学学报(自然科学版). 2018(03)
[8]基于OBE模式的电力系统综合实验教学改革[J]. 梅林,杨丽君,孙玲玲,张楠. 实验技术与管理. 2018(01)
[9]基于实时仿真器的电机控制平台的开发[J]. 李留生,杨旭,郝正航,陈卓,闫桂杭. 贵州大学学报(自然科学版). 2017(06)
[10]图形可编程继电保护实验平台的设计[J]. 程刚,焦尚彬,李生民,孙旭霞,刘涵. 实验室研究与探索. 2017(11)
本文编号：3347306
【文章来源】：实验室研究与探索. 2020,39(08)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
实验平台与电力专业的契合
基于半实物仿真的微机保护实验平台由实时仿真器、嵌入式开发平台、上位机、显示屏、示波器等硬件组成，实物连接图如图2所示。上位机用于搭建电网1次系统和保护逻辑控制算法模型，仿真器可以实时运行电网1次系统模型，嵌入式开发平台能够承载保护逻辑控制算法，显示屏可以实时显示决定系统稳定的所有动态信息。嵌入式开发平台、上位机和实时仿真器之间通过以太网进行通信，实时仿真器通过高清多媒体接口(high definition multimedia inferface,HDMI)线向显示屏传输实时信息。2.2 软硬件设计
在上位机PC中，Matlab因具有强大的计算能力和速度、模块化集合工具箱、图形仿真界面等特点，被广泛应用于电力仿真实验中。利用Simulink中的电源、负载、断路器、故障等简化功能模块搭建模拟电网运行状态的电网1次系统模型，该主电路模型经过编译运行后，转化、下载到实时仿真器中。另外，采用Simulink中的逻辑模块搭建相应的保护逻辑控制算法模型，经过仿真运行后验证控制逻辑算法的合理性，利用Matlab/Simulink中的Simulink Coder工具箱或针对嵌入式系统的Embedded Coder工具箱，将控制算法模型转换成C/C++语言模型，即通常所说的C代码[12]，把转换生成或者学生编写的保护逻辑控制代码移植到嵌入式开发平台，与测试对象实时互动，以达到对电网1次系统进行保护控制的目的，实现动态系统的硬件调试过程，并得到实时的仿真测试结果。代码生成技术不需要繁琐的编程过程，侧重于保护控制算法的研究，加快理论验证和算法改进过程;学生也可以利用C/C++语言开发软件编写微机保护的控制算法代码来锻炼学生的编程能力，减少保护逻辑控制算法2次编程、验证的时间，提高控制算法改进和应用的效率。基于工程应用设计的电气信息实时仿真器内置多核处理器、智能I/O接口、高速通讯单元、智能功率变换模块等，可以实现快速控制原型、功率级快速控制原型、HIL、功率HIL 4项基本功能[13]。该实时仿真器能够与Matlab/Simulink实现无缝对接，在Matlab/Simulink中搭建的模型经编译后，即可下载到实时仿真器中。模型在实时仿真器中运行的电压、电流值、断路器状态等信息可以传输给显示屏和嵌入式开发平台进行实时监控。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种Simulink模块封装的自动代码生成技术研究[J]. 万彪. 机床与液压. 2019(10)
[2]基于校企深度合作的学生工程实践教育模式研究[J]. 黄海燕,续智丹,杨福源,袁泉,边明远. 实验技术与管理. 2019(04)
[3]教学过程与生产过程对接的实践教学体系构建与实现[J]. 孙文志,黄玮,李宁,王斅. 实验室研究与探索. 2019(03)
[4]电力电子与电力传动DSP-HIL教学实验平台设计[J]. 毕大强,郭瑞光,陈洪涛. 实验技术与管理. 2019(01)
[5]测控与电子信息类创新创业实践平台建设与实践[J]. 李敏,郭永彩,刘嘉敏,刘俊,杜基赫,应苑松. 实验室研究与探索. 2018(08)
[6]面向工程教育专业认证的电力系统综合实验教学改革[J]. 梅林,孙玲玲,张楠. 实验室研究与探索. 2018(07)
[7]基于通用实时仿真平台的电流保护仿真研究[J]. 黄绍书,郝正航,余敏,陈卓. 贵州大学学报(自然科学版). 2018(03)
[8]基于OBE模式的电力系统综合实验教学改革[J]. 梅林,杨丽君,孙玲玲,张楠. 实验技术与管理. 2018(01)
[9]基于实时仿真器的电机控制平台的开发[J]. 李留生,杨旭,郝正航,陈卓,闫桂杭. 贵州大学学报(自然科学版). 2017(06)
[10]图形可编程继电保护实验平台的设计[J]. 程刚,焦尚彬,李生民,孙旭霞,刘涵. 实验室研究与探索. 2017(11)
本文编号：3347306
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