“使用基于模型的设计，我们开发了一个复杂的控制系统，比传统流程所需的时间要短得多。通过从我们的模型中生成代码，我们消除了数月的手工编码，并使用模拟来实现早期设计验证。”
安东尼·托特戴尔，阿尔斯通电网公司
高压直流电(HVDC)电力传输系统比高压交流电(HVAC)系统有几个优点，包括长距离使用或使用地下或水下电缆时的财务优势。与HVAC相比，HVDC能够实现更大的功率密度，改进的功率流控制，以及更有效地利用能源。然而，在高压直流输电中，将交流电压转换为直流电压需要复杂的换流站。
目前常用的行整流转换器需要多个滤波器组，这些滤波器组可能非常昂贵，而且相当大。对于需要紧凑布局的高压直流应用，如空间有限的海上和陆上风电场，电压源变换器(VSCs)提供了更好的解决方案。
阿尔斯通电网公司的工程师建造了一个24兆瓦的演示系统，以支持VSC技术的开发和测试，为大规模生产做准备，并使潜在客户能够参观一个功能齐全金宝app的VSC设施。团队使用基于模型的设计来加速开发。“基于模型的设计使我们能够管理VSC系统的复杂性，在开发早期验证我们的控制设计，并满足我们的可靠性、质量和上市时间目标，”阿尔斯通电网控制系统副经理- VSC专家Anthony Totterdell说。
演示控制系统包括运行在微处理器上的高级排序层，管理与电力系统的交互，运行在dsp上的中间电流和相位控制层，以及每100微秒监测电容电压的低级别电力电子开关控制。
“为了开发这样一个复杂的系统，我们的系统工程师需要尽早验证设计，”Totterdell说。“过去，当我们准备在实时模拟器上进行测试时，我们有时会在项目后期发现设计和执行问题。”
随着全球风电场和智能电网需求的增长，阿尔斯通电网看到了一个市场机会，需要一个积极的生产计划。“我们的目标是在24个月内从概念到一个完整的演示，”Totterdell解释说。“为了满足这个时间表，我们需要加快软件开发过程，同时最小化在过程后期发现的编码错误数量。”
阿尔斯通网格采用MATLAB基于模型的设计®和仿真软金宝app件®对高压直流变流控制系统进行建模、仿真、记录和生成代码。
阿尔斯通网格高级研究员利用Simulink和Stateflow开发了概念设计金宝app®．使用Simu金宝applink和Simscape Electrical™，他还构建了一个工厂模型，其中包括交流电网连接、变压器和负载，以及用于低级电力电子子模块的绝缘栅双极晶体管(igbt)和电容器。
为了验证控制设计和工厂模型的功能，阿尔斯通电网工程师在Simulink中进行了闭环仿真。金宝app接下来，他们改进了控制算法，为部署到实时目标做准备。
为了帮助管理系统的复杂性，阿尔斯通网格工程师使用Simulink模型引用将模型划分为对应DSP硬件的库块，组件将部署在这些库块上。金宝app他们在模块之间添加接口，将模型转换为离散数学，并将变量步转换为固定步离散求解器。
使用嵌入式编码器®工程师生成了C代码函数来定义顺序、系统级控制和单独的相位控制。他们在一个1.2千瓦规模的硬件模拟器中将C代码部署到dsp上，以验证系统的实时运行。
最后，工程师将控制算法移植到24兆瓦演示机的生产硬件上，并验证了它按照设计运行。
最终的系统模型包含大约2,000个子系统，包含33,000个块、564个离散状态和250个状态流图。从这个模型的控制器部分，包括2000块，阿尔斯通网格生成了大约10000行生产代码。使用Simu金宝applink Report Generator™，他们还生成了超过300页的系统描述和功能规范文档。
该演示系统目前已投入使用，并得到了潜在客户的积极评价。
可量化的过程改进．“基于模型的设计使我们能够对我们的开发过程做出可衡量的改进，”Totterdell说。“从设计到编写代码(包括测试)的时间从大约1年减少到3个月，设计迭代从2个月减少到不到2周，过去需要2周时间的文档更新在几分钟内就完成了。”
与电力系统仿真软件快速集成．“我们的客户要求我们使用PSCAD/EMTDC环境进行动态性能和瞬态分析研究，这之前需要在PSCAD中重写我们的模型，并花费数月的集成时间，”Totterdell说。“我们的专家与MathWorks顾问合作，使用嵌入式编码器重用我们现有的MATLAB和Simulink模型，使我们能够在大约5分钟内实现功能的变化。”金宝app
保护系统在一周内实施．Totterdell说:“我们的传统高压直流系统的保护算法花了大约6个月的时间在C语言中开发和测试。“我在Simulink和statflow中重新执行了相同的算法，并让它们在一周内工金宝app作。”
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