硬件在环测试（Hardware-in-the-Loop Testing，简称 HIL 测试）是一种用于验证嵌入式系统或控制算法的先进测试技术。它通过将实际硬件与虚拟仿真环境结合，在实验室中模拟真实工况，高效、安全地测试系统性能。通过将主流的仿真机和控制器组成常规的HIL实时仿真系统。

产品特色

安全性高：避免在真实环境中测试高风险场景，保护硬件和人员安全。

效率快：可快速复现极端工况、故障场景或时间敏感场景（如毫秒级响应测试），缩短测试周期。

成本低：少了制作昂贵物理原型的成本，节省实验耗材。

灵活性高：方便用户修改参数后能快速的进行优化和分析，也可及时进行对之前的实验复现。

产品介绍

本产品是一套基于硬件在环（Controller-in-the-Loop, CHIL） 技术的风力发电整机仿真测试系统。该系统通过虚实结合的方式，将真实的变流器控制器与实时仿真模型相结合，在实验室内完美复现风电机组从风能捕获到电能输送的全动态过程，为风电控制器的算法验证和性能测试提供了安全、可靠、全面的研发环境。

本产品主要分为两个部分：

• 一台自研RP控制器，内部署了发电机转矩控制算法。负责快速、精确地控制发电机电磁转矩，实现能量的高效转换。它接收来自仿真机的传感器信号，并发出PWM等驱动指令，完全模拟其在真实风机中的行为。
• 一台仿真机，充当虚拟的风机机械结构和电网。它通过I/O接口与真实的变流器控制器交换数据（如发送转速、电压信号，接收转矩指令），使模拟正在驱动一台真实的风机。

仿真机

仿真机内部部署的模型构成了一个完整的虚拟被控对象，高精度实时模拟风力发电机的所有机械和物理过程，其功能主要包括：

• 模拟部署气动模型
• 模拟部署传动模型
• 模拟部署发电机与变流器模型
• 模拟部署电网模型

RP控制器

RP控制器主要指的就是风电变流器的物理控制器，运行全套控制算法，接收仿真机的信号并发出控制指令。其控制功能包括：

• MPPT机组转速控制
• 发电机转矩控制

仿真机

仿真机是实时仿真硬件设备，专为电力电子系统设计，支持硬件在环（HIL）和实时仿真。仿真机主要分为两类：一类是商用仿真机，主要采用RT Box；还有一类是自研仿真机，主要为WPS系列。

功能介绍：

• 气动模型 (Aerodynamic Model)
  • 功能：模拟风轮叶片的气动特性。根据输入的实时风速，计算风轮捕获的风能并将其转化为气动转矩。
  • 关键作用：是整个能量转换的源头，其精度直接决定了仿真的真实性。
• 传动链模型 (Drive-train Model)
  • 功能：模拟主轴、齿轮箱等机械传动系统。通常采用两质量块模型来体现风轮大惯量与发电机小惯量之间的柔性连接，能够复现真实的扭转振动和应力变化。
  • 关键作用：评估控制策略对机械载荷的影响，防止扭振破坏。
• 发电机与变流器模型 (Generator & Converter Model)
  • 功能：模拟发电机（如PMSG永磁同步发电机、SCIG鼠笼异步发电机）的电磁特性以及变流器（机侧和网侧）的功率变换行为。它接收控制器的转矩给定值信号，并反馈相应的三相电流、电压等电气信号。
  • 关键作用：精确反映发电机和功率电子设备的动态响应，是电能质量控制的基础。
• 电网模型 (Grid Model)
  • 功能：模拟电网的电气环境。可以设置为理想的无穷大电网，也可以模拟电网电压跌落、频率波动、不对称故障等复杂工况。
  • 关键作用：测试控制器在恶劣电网条件下的适应能力（LVRT低电压穿越等）。

自研仿真机WPS710：（加链接）

• 仿真节点基于Zynq核心构造；
• 扩展48通道DI或PWM输入；
• 16路DO或PWM输出；
• 支持500Ksps-16通道同步模拟采样；
• 500Ksps-16通道；
• DAC输出以及多种电机编码器接口。

RP控制器

RP3280控制器是基于TI公司第三代C2000系列双核MCU和FPGA打造的RTI控制器（实时工业控制器），提供最高32路PWM通道的各种典型电力电子装置的快速原型控制，其良好的工业设计也支持大部分常规工业场景下的产品样机使用。 

• 机组转速控制（MPPT控制）
  • 功能：这是上层控制策略。在额定风速以下，通过控制发电机转矩，主动调节风轮转速，使其运行在最佳叶尖速比上，从而实现最大风能捕获（MPPT）。
  • 工作原理：实时监测风轮转速，通过查表或算法计算出当前风速下的最优转速，并给出一个转矩给定值指令给下层的变流器控制单元。
• 发电变流转矩控制
  • 功能：这是底层伺服控制。它接收MPPT层发出的转矩给定值指令。
  • 工作原理：采用矢量控制等快速响应算法，通过调节变流器的开关信号，精确控制发电机的电流，从而产生与指令完全一致的电磁转矩，实现对转速的快速、平稳调节。

Bladed建模仿真

Bladed软件是由英国Garrad Hassan（GH）公司开发的专业风力发电机仿真软件，现属于DNV GL（现为DNV）集团。它是国际电工委员会（IEC）标准认证的风力机性能和安全评估的行业标准工具，在全球的风电机组制造商、认证机构、咨询公司和研究机构中得到广泛应用。我们采用Bladed软件对风机建模仿真，与simulink模型进行联合仿真或进行实验对照，使实验结果更加准确。

Bladed软件作为风能行业的专业标准和权威工具，为我们提供了高置信度的仿真环境。我们将Simulink中设计的控制算法与Bladed模型进行联合仿真与对比。这不仅验证了控制算法的核心功能，更重要的是，它评估了算法对风机整体安全性和寿命的影响。

• 模型统一：在Bladed和Simulink中建立的风力机模型，在关键参数上（如叶片、塔筒、传动链的物理参数、控制器参数等）完全一致，保证对比的公平性。
• 工况仿真： 在Bladed和Simulink中，运行完全相同的外部工况。
• 结果对比与分析： 提取并对比了关键的输出变量，例如：发电转速、发电功率等。通过与simulink中的实验数据进行对比与分析，从而验证实验的准确性。

并网实验

可支持的实验

•  电网故障穿越（FRT）能力测试
  • 低电压穿越（LVRT）测试：模拟电网因故障发生瞬间电压跌落（如跌至额定电压的20%），持续数百毫秒后恢复。测试风机能否不脱网连续运行，并向电网提供无功电流支撑以帮助电压恢复。
  • 高电压穿越（HVRT）测试：模拟电网故障切除后或轻负荷时出现的电压骤升，测试风机在此过程中的运行适应性。
  • 频率故障穿越测试：模拟电网频率异常（过高或过低），测试风机能否在规定的时间内不脱网运行。
•  有功功率控制（APC）测试
  • 功率限值控制测试：测试风机接收电网调度指令后，能否将输出功率稳定、准确地控制在某一设定值（如80%额定功率）运行。
  • 功率升降速率（Ramp Rate）控制测试：测试风机能否按照设定的最大功率变化率（如每分钟10%额定功率）平滑地增加或减少功率输出，避免对电网造成冲击。

•  无功功率与电压调节能力测试
  • 无功功率控制测试：测试风机在单位功率因数、恒无功功率、恒功率因数等多种模式下的运行性能，能否精确输出或吸收目标无功功率。
  • 电压调节控制测试：测试风机根据电网电压偏差，自动调节无功功率输出以支撑电压稳定的能力。
• 电能质量测试
  • 谐波与间谐波分析：在各种运行工况下，测量变流器动模设备并网点的电流/电压谐波含量，评估其是否符合并网标准。
  • 闪变测试：通过气动模型模拟连续变化的风速（湍流风），测试风机因输出功率波动对电网电压造成的闪变效应是否在限值之内。
• 电网适应性测试
  • 不同电网强度下的运行测试：通过改变模拟电网的等效阻抗（短路容量），测试风机在强电网和弱电网等不同工况下的控制性能和小信号稳定性。

监控系统

风机监控系统，实现对数据的采集、监测、储存、分析、展现，减少风电机组运行和生产经营数据的错报、迟报、漏报，为集中监测、故障分析、技术支持、经营决策等提供及时、准确的数据基础。

产品开发

二次开发

本产品运行程序、仿真模型均开源提供给客户，且仿真模型支持代码生成，图形化建模方式使客户二次开发更加简单。作为强大的二次开发平台，具备触发录波和丰富参数变量监视功能，极大地提高技术的开发和验证效率。

配置工具

★WRTBuilder

WRTBuilder是Repower系列实时控制器的专用配置软件，主要用于simulink模型的用户数据管理，硬件驱动接口绑定，平台数据配置文件的生成管理以及程序编译下载等。

• 图形化配置工具
• 管理模型库
• 配置I/O与任务调度
• 一键生成并下载代码至控制器

★调试工具ScoutXS（加链接）

ScoutXS监控工具可以实时进行参数调节、变量监控、录波触发及SOE事件记录。