基于主从dsp结构的同步发电机励磁系统仿真测试仪设计与实现

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1、华中科技大学硕士学位论文计算机仿真单 机-无穷大系统A/D转换D/A转换隔离滤波功率放大被测励磁 调节器图1.1以微机为核心的仿真测试平台[3]文献[6]重点阐述了仿真模型的建立与求解，文献[3]则详细分析了测试系统的功能要求与设计方案，但两者的设计思路是相似的。文献[7]在仿真模型与实现方式上与文献[6][3]类似，只是采用了IBM的P100兼容机，用户界面也更加的友好。仿真对象都是由同步发电机、励磁机、等值网络以及无穷大电源组成的单机无穷大系统。由于受到仿真步长的限制，文献[6]的同步发电机模型采用了忽略阻尼绕组派克方程，其他部分也是采用适当简化的模型

2、，并以隐式梯形法进行了仿真模型的求解。为了与励磁调节器接口，系统还进行了A/D、D/A转换及功率放大等外围电路的设计。虽然文献中提及的硬件设备在今天已很少使用，但其中提出的设计思路对往后励磁系统仿真测试平台的设计具有重要的指导作用。随后，文献[8]改进了仿真模型的求解算法，并且仿真系统是运行在Windows9X操作系统下的；文献[2]则是对励磁控制系统的数学模型作了非常详细的分析，仿真模型也更为复杂，同时也设计了更加丰富的仿真接口；文献[9][10]则是使用了较为简单的单机无穷大系统线性模型，而重点分析了硬件接口电路的实现。这些实现方案虽然在模型选择或接口

3、设计上有所区别，但是从系统构架上来看，与图1.1的方案是相似的，都以PC机或工控机作为仿真测试系统的核心。2．以微处理器为核心的仿真测试平台励磁系统实时仿真测试的另一种实现方案是以微处理器为核心的。文献[5]和[11]同样以单机无穷大系统作为仿真模型，但重点分析了模型的求解算法，提出了一种适合并行处理技术的仿真计算解耦算法，并且以两片DSP为核心完成仿真运算，有效地提高了计算速度。由于使用了更加高速的处理器以及并行处理算法，同步发电模型即使使用了考虑阻尼绕组和定子暂态的高阶模型，其实时性同样能得到保证，此外，测试设备也提供了丰富的接口与励磁调节器进行连接。

4、从系统架构上来看，3华中科技大学硕士学位论文该实现方案与图1.1的不同之处在于，以并行处理的双DSP代替了微机进行仿真计算。这种以微处理器为核心的设计，仿真测试系统的实时性一般可以得到保证，并且具有设备小型化，使用方便等优点，因此数字化、小型化、经济化以及使用便利等因素决定了这种架构是构建仿真测试平台的较佳选择[5]。近年来，文献[12][13][14]中的研究都是基于这种微处理器为核心的设计。文献[12]由于只使用了线性化的单机无穷大系统模型，所以只使用了一片DSP作模型求解运算；文献[13][14]都是以双DSP为核心的，但是它们的并行处理方式与文献[

5、5]有所不同。3．基于电力系统数字仿真软件的测试平台电力系统数字仿真软件集成了丰富的模型资源，对电力系统机电暂态与电磁暂态的分析都能提供强大的支持，因此，通过专业电力系统仿真软件构建仿真测试平台成为一个重要的研究方向。在电力系统实时仿真方面，加拿大RTDS技术公司（TechnologiesInc.Canada）开发的RTDS（RealTimeDigitalSimulators）是最为成功的例子。RTDS是目前世界上技术最成熟、应用最广泛的实时数字仿真系统，是为实时仿真电力系统暂态过程而专门设计的并行计算机系统[2][4]。RTDS最重要的特性是它能维持实时

6、条件下的连续运行，也就是说，它能足够快地求解电力系统的方程并连续产生输出，这些输出真实地代表了实际网络的状态。由于计算结果的实时性，仿真系统能直接连到电力系统控制和保护设备上进行闭环试验[4][14]。文献[16][17]便是RTDS在励磁系统实时仿真测试中的成功应用的例子，其实现方式如图1.2所示：RTDS数字仿真系统ΔGYCTPTRreakerLineSU功率放大器AVRIUc图1.2基于RTDS励磁系统仿真测试[14]国内几家单位在该领域也进行了相关研究。由北京交通大学电气学院、殷图科技发展公司以及东北电力调度通信中心合作开发的数字动态实时仿真系统（

7、DDRTS）4 华中科技大学硕士学位论文便是基于微机数字仿真的实时闭环测试系统。通过仿真接口的扩展设计，同样可以运用于励磁系统的仿真测试。这种基于电力系统数字仿真软件构建测试平台的方案具有模型精确，仿真系统构建方便，专业性强等优点，但是由于设备体积庞大，造价昂贵，因此并不适宜在工业现场和制造厂检验车间使用[2]。4．基于MATLAB/SIMULINK的仿真测试平台MATLAB是美国Mathworks公司推出的一款高性能的数值计算与可视化软件产品，利用其SIMULINK模块中的专业工具箱可以快速有效地构建自己需要的数学模型并进行动态仿真。但基于SIMULI

8、NK的仿真一般都是非实时的，而仿真测试平台有实时性要求，因此还必须