阿尔斯通电网发展高压直流输电控制系统使用基于模型的设计
“我们使用基于模型的设计开发一个复杂的控制系统明显比我们的传统工艺需要更少的时间。我们排除了数月的手动通过从模型生成代码,和我们使用模拟,使早期的设计验证。”
安东尼•Totterdell阿尔斯通电网
高压直流(HVDC)在高压电力传输系统提供了几个优势,交流电(暖通空调)系统,包括金融优势使用时在长途或地下或水下电缆。直流允许更大的功率密度,提高了功率流控制,比空调更有效地利用能源。改变从交流到直流电压直流传动,然而,需要复杂的转换站。
line-commutated转换器常用今天需要多个滤波器,可昂贵且相当大。直流应用程序需要网站布局紧凑,如海上和陆上风力发电场空间有限的地方,电压源转换器(vsc)提供一个更好的解决方案。
阿尔斯通电网的工程师建立了一个24兆瓦演示系统,以支持VSC技术的开发和测试,准备大规模生产,使潜在客户访问一个功能健全的VSC设施。万博1manbetx该团队使用基于模型的设计加快发展。“基于模型的设计使我们管理的复杂性VSC系统,在开发早期验证我们的控制设计,并满足我们的可靠性、质量,和投放市场的时间的目标,”安东尼说Totterdell,阿尔斯通电网控制系统副经理- VSC专家。
挑战
演示控制系统包括一个高级测序层微处理器上运行管理与电力系统的交互,中间电流和相位控制层运行在dsp、监测和低级电力电子开关控制电容器电压每100微秒。
“开发这样一个复杂的系统,我们的系统工程师需要尽可能早地验证设计,“Totterdell说。“过去,我们有时会发现在项目后期设计和实现问题,当我们准备测试实时模拟器。”
随着全球风力发电和智能电网需求增加,阿尔斯通电网看到一个市场机会,积极生产计划的需求。“我们的目标是在24个月,从概念到一个完整的演示“Totterdell解释道。“为了满足这个时间,我们需要加快软件开发过程同时最小化编码错误的数量在这个过程中发现晚了。”
解决方案
阿尔斯通电网与MATLAB基于模型的设计使用®和仿真软万博1manbetx件®模拟模型,文档,生成代码的HVDC VSC控制系统。
阿尔斯通电网高级研究员开发概念设计与仿真软件和Stateflow万博1manbetx®。使用仿真软件万博1manbetx和Simscape电气™,他还建立了一个工厂模型,该模型包括一个交流电网连接,变压器、负载,以及绝缘栅双极型晶体管(igbt)和低级电力电子电容器子。
验证控制设计和植物模型功能,阿尔斯通电网工程师跑闭环模拟仿真软件。万博1manbetx接下来,他们改进控制算法在准备部署到一个实时的目标。
来帮助管理系统的复杂性,阿尔斯通电网工程师使用仿真软件模型引用模型分割成库块对应的DSP硬件组件将被部署。万博1manbetx他们加入了模块之间的接口,转换模型,离散数学,从一个固定的变步离散求解。
使用嵌入式编码器®工程师生成C代码定义排序函数,系统级控制和各个阶段控制。他们C代码部署到需求方在1.2 kilowatt-scale硬件模拟器来验证系统的实时操作。
最后,工程师控制算法移植到生产硬件的24兆瓦演示和验证操作的设计。
最后系统模型由大约2000子系统包含33000块,564离散状态,和250 Stateflow图表。从控制器模型的一部分,其中包括2000块,阿尔斯通电网生产大约10000行代码生成。使用仿真软件万博1manbetx报告生成器™,他们也300多页生成系统描述和功能规范的文档。
演示系统目前的操作,并收到来自潜在客户的积极评价。
结果
可量化的过程改进。“基于模型的设计使我们能改善我们的发展过程中,“Totterdell说。“时间从设计到代码(包括测试)降至大约一年3个月,设计迭代从2个月下降到小于2周,和文档更新,用于需要2周完成分钟。”
快速与电力系统仿真软件的集成。“我们的客户要求我们使用PSCAD / EMTDC环境动态性能和瞬态分析研究,此前要求重写我们的模型在PSCAD和几个月的积分时间,“Totterdell说。“我们的专家与MathWorks顾问重用现有MATLAB和Simulink模型与嵌入式编码器,使我们能够实现功能的改变在大约五分钟。”万博1manbetx
保护系统中实现一个星期。“我们传统的保护算法HVDC系统花了六个月的时间开发和测试在C语言中,“Totterdell说。“我重新实现相同的算法在仿真软件和Stateflow,让他们在一个星期。”万博1manbetx
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