利用CompactRIO对低压海上变电所进行控制和测量

　　TheChallenge:

　　为瑞典吕瑟希尔（Lysekil）波浪发电研究站开发一个低压海上变电所的控制和测量系统。

　　TheSolution:

　　借助4个NICompactRIO系统，其中三个系统位于海底而另外一个位于在海岸上，和NILabVIEW软件在吕瑟希尔（Lysekil）波浪发电研究站开发一个控制和测量系统。

　　"我们成功实现了一个基于CompactRIO平台的控制和测量系统。系统被放置在一个接电装置中，并与之一起放置在海底。"

　　在2009年夏季，吕瑟希尔（Lysekil）波浪发电研究站由3个WEC（波浪能源转换器）、1个LVMS（低压海上变电所）和1个地面测量站组成。研究站的概况如图1所示。

图1：2009年4月受控研究站示意图；WEC3是红色的，WEC2是蓝色的，WEC1是灰色的。LVMS位于电阻发电机负载和地面测量站之间。

　　LVMS低压海上变电所的控制

　　控制系统由3个位于LVMS内部的CompactRIO装置、1个CompactRIO和1台位于地面测量站的电脑组成。通信结构如图2所示。

图2：通信结构（其中包括通过通信电缆实现的LVMS和测量站之间点对点通信）

　　第一个CompactRIO系统是一个保险装置，它是一个开/关系统，控制变电所中的接触器和继电器。第二个系统控制直流至交流电压的转换。第三个系统是一个专用数据采集系统，能够记录来自LVMS内部传感器的WEC数据和环境数据。图3展示了第一个CompactRIO系统、1个信号调节模块和调制解调器。第四个CompactRIO系统用于控制测量站外的电阻性电力负载并且测量上传至海岸的电压和电流。

图3：在CompactRIO后面安装有2个基于可编程自动化控制器（PAC）的安全系统和调制解调器。

　　保险装置和继电器控制系统

　　第一个CompactRIO系统仅使用现场可编程门阵列（FPGA）开发完成，以增加系统稳定性。一个实时程序由许多进程组成，这些进程彼此互相依赖，并且经常存在一个进程阻碍另一个进程运行的风险。通常，我们使用三种方法类克服死锁：死锁预防、死锁规避和死锁检测。若仅利用部分计算资源，那么死锁的可能性会减少，然而实时系统不可能100%稳定。第一个CompactRIO系统会对WEC(波浪能源转换器)进行切换，从而达到整流的目的，或者，它会将一个WEC连接到地面测量站并把其他的WEC连接到它们的阻性负载。它还会测量电压和电流值，若超过限定值，就将WEC从LVMS上断开。

　　变频器控制

　　第二个CompactRIO系统负责将直流电压转换成50Hz交流电压。LVMS内部的变频器由1个CompactRIO和6个配有驱动器的IGBT（绝缘栅双极晶体管)组成。根据对直流母线和交流输出进行的测量，变频器会执行对IGBT（绝缘栅双极晶体管）的PWM（脉宽调制）。我们把高速的开关算法放在FPGA中，并与实时控制器通信以便进行校正计算，然后将脉冲宽度的信息传送回FPGA。CompactRIO还把测量结果发送至地面站的电脑，并将数据储存到电脑的硬盘中。变频器最终测试结果如图4所示。控制界面如图8所示。