[发明专利]基于matlab-simulink XPC模式下环微网并网控制的教学实验装置及其方法

摘要

本发明涉及教学装置领域，公开了一种基于matlab‑simulink XPC模式下环微网并网控制的教学实验装置及其方法，包括上位机、目标机、实时运动控制卡、外部模数转换模块、外部脉宽调制模块和微电网系统并网电路，上位机通过以太网与目标机进行实时通讯，实时运动控制板卡通过PCI插槽连接目标机，实时运动控制板卡通过电缆连接外部模数转换模块和外部脉宽调制模块并且进行控制，外部模数转换模块和外部脉宽调制模块用于控制微电网系统并网电路。实验者可以按照自己的思路，自行编译下载到目标机的xpc模式下的实时操作系统中，在有微网并网装置参与的情况下实现电网并网的控制。提高了学生实验时从思路产生到软硬件实现的开发时间和效率，大大的改进了教学质量。

主权项

基于matlab‑simulink XPC模式下环微网并网控制的教学实验方法，构建于matlab实时仿真XPC模式，使用matlab‑simulink提供的动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境引擎，实现微电网并网教学开发中各功能子模块的快速构建及与外部系统的连接，其特征包括如下步骤：(1)对项目现状进行调研及面向客户需求的功能分析，并且对系统进行定义，包括硬件电路设计、软件功能规划、功能模块设计和人机接口设计，并整合各个模块进行协调工作；(2)在Matlab平台下，用户通过上位机matlab‑simulink界面进行输入程序代码，由它内部的实时操作系统将Simulink库搭建的算法转换成目标机执行文件，通过以太网下载到目标机；(3)通过台式电脑或工业控制机，使目标机内的Matlab软件运行在实时操作系统XPC模式下，并由此实时操作系统管理和操作设备的实时运动控制板卡；(4)实时运动控制板卡采用FPGA和低压差分串行总线技术，通过PCI控制芯片和电脑内的PCI总线相连；通过低压差分串行线和外部的模式相连，将转换后的SPI串行数据传输到目标机上，并在FPGA内部实现一个通用事件管理；(5)将外部脉宽调制模块及开关量模块作为控制电路中的输出模块，由软件控制指令发出的开关量信号，通过实时运动控制板卡经过高速隔离芯片进行电气隔离及信号整形电路输出，用来控制微电网系统并网电路中的电路闭合或者断开；(6)将采集电网的电压、频率和相位与发电机的电压、频率和相位进行比较，满足条件控制系统发出合闸指令，并网断路器合闸并网成功；不满足并网条件，调节发电机端的电压、频率和相位直至满足条件，并网断路器合闸成功，并网完成。