兆瓦级电弧风洞模型送进控制系统的电磁兼容设计

风洞实验室的自动化控制系统电磁兼容问题分析与解决风洞试验研究的应用在社会生产中占有十分重要的地位。

随着生产领域和技术的不断发展，对风洞动力需求具备宽调速范围、高稳速精度、快速动态响应等相应的要求，随着电力电子技术的飞跃发展，各种容量和型式的变频电源、整流装置的研制成功以及计算机技术、控制理论的发展，使得交流调速传动在调速系统中应用领域不断拓宽，如何维护好变频调速器控制系统的正常工作，是从事工业自动化专业的工程技术人员所面临的实际问题，也是风洞试验数据精度提高的保证。

1、风洞工作原理风洞是能人工产生和控制气流以模拟飞行器或物体周围气体的洞，并可量度气流对物体的作用以及观察物理现象的一种管道试验设备。

风洞的动力段装有电机及风扇系统，电机在交流变频调速下旋转，带动桨叶，电能转变为桨叶的机械能，桨叶的机械能转变为空气介质的压力能，在风洞管道内产生介质的流动。

通过对气流的修整，使之成为均匀平稳的气流，以便满足试验用流场。

2、风洞控制系统2.1 风速控制由变频器、PID调节器、配套低压电器及压力传感器组成了变频调速系统如图1所示，系统中压力传感器负责检测系统压力差，将压力信号变换为电阻信号作为反馈输入PID调节器，经过与给定信号进行比较后其偏差值采用优化的PI算法输出控制信号控制变频器的输出频率，保证风速的恒定。

2.2 角度控制风洞试验过程中时常要改变试验模型的角度，从而可以不间断测量各个角度对应的试验量，节省了时间，提高了效率和精度，实现全部自动化。

3、电磁兼容问题三要素3.1 电磁骚扰源：任何形式的自然或电能装置所发射的电磁能量，能使共享同一环境的人或其它生物受到伤害，或使其它设备、分系统或系统发生电磁危害，导致性能降级或失效，即称为电磁骚扰源。

3.2 耦合途径：即传输骚扰的通路或媒介。

3.3 敏感设备（Victim）：是指当受到电磁骚扰源所发出的电磁能量的作用时，会受到伤害的人或其它生物，以及会发生电磁危害，导致性能降级或失效的器件、设备、分系统或系统。

兆瓦级风力机结构耦合动力学模型与动态特性研究当前风力机的容量正朝着大型化方向迈进,其高度与尺寸增加带来生产难度加剧的同时,结构也变得越来越柔软。

另一方面,风力机作为一个结构、环境、控制耦合于一体的复杂系统,各部分的耦合作用对整体性能都有一定的影响。

因此,如何在设计之初建立精确的风力机整机动力学模型,从而模拟风力机在正常运行状况下的性能就显得尤为重要。

本文对风力发电机组结构耦合动力学模型及其动态特性研究的具体工作内容如下:1)以某型1.5MW风力发电机组作为分析对象,在统一坐标系下,通过刚体有限元法建立该风力机各关键部件模型。

根据叶片与塔架变形之间的相互联系,建立风力机组的结构耦合模型。

2)基于BEM及载荷计算原理,模拟了风力机所处12m/s的湍流风环境,生成了叶片与塔架离散后各部分在该工作环境下的载荷。

考虑到变桨控制对载荷的影响,阐述了叶片的变桨控制策略,确定了风力机最优模态增益并进行了稳定性分析,获得了变速变桨距控制过程中风轮转速与输出功率变化状况,分析了风力机载荷在施加变桨控制策略下的变化情况。

以此作为风力机动态特性分析的载荷基础。

3)运用数值计算和GH-Bladed软件仿真的方法对该风力机的模态频率与动态响应进行了对比分析,进一步验证了模型的准确性。

模态分析获得了叶片与塔架的固有频率与振型,利用Campbell图分析了旋转的风轮与塔架之间能否产生共振。

动态响应分析了12m/s湍流风下风机叶片与塔架在各方向上的位移等变化规律。

分析结果在整体趋势及幅度上与GH-Bladed保持一致,说明了本文模型建立方法具有一定的可行性,能够模拟风力机的实际运行状况。

本文对风力机组的结构动力学建模进行研究,同时分析了风力机的外部运行环境、风力机的载荷计算、风力机的变速变桨控制和整机的动力学特性,为风力发电机组的动力学建模分析提供了理论参考。

基于无线传输的风洞试验模型测控系统设计基于无线传输的风洞试验模型测控系统设计一、引言风洞试验是现代航空工程中非常重要的方式之一，通过在风洞中对不同模型进行试验可以获取模型在不同气流条件下的气动性能数据，为飞行器的设计与优化提供关键参考。

而在风洞试验中，测控系统的设计和稳定性直接影响到试验的准确性和可靠性。

传统的风洞试验测控系统通常采用有线传输方式，存在着安装布线麻烦、测量精度低以及数据传输受限等问题。

因此，本文将基于无线传输的风洞试验模型测控系统进行设计，并对其性能进行评估和验证。

二、系统设计1. 系统整体架构基于无线传输的风洞试验模型测控系统主要包括模型测量部分、数据传输部分和控制部分。

其中，模型测量部分通过传感器对试验模型进行测量，获取其气动性能数据；数据传输部分将测量数据通过无线传输技术传输到控制部分；控制部分对接收到的数据进行处理和分析，并控制风洞试验系统运行。

2. 模型测量部分设计模型测量部分是整个系统中最关键的部分之一。

为了对试验模型进行准确的测量，系统中应包含压力传感器、热电偶、测速仪等传感器。

通过压力传感器可以对试验模型表面的压力进行测量，从而得到试验模型的气动力学性能；热电偶则用于测量试验模型表面的温度情况，为气动性能分析提供重要参数；测速仪可以实时测量气流的速度，用于精确控制风洞试验参数。

所有传感器数据通过模数转换电路转换为数字信号。

3. 数据传输部分设计基于无线传输的风洞试验模型测控系统的数据传输部分采用无线传输技术，以取代传统有线传输方式。

在本系统中，可以采用Wi-Fi或者蓝牙等技术实现数据的无线传输。

通过设置合适的通信协议和传输速率，保证数据的实时性和准确性。

4. 控制部分设计控制部分是系统的核心，主要负责接收传输的数据并进行处理和分析，同时实时控制风洞试验系统。

在控制部分，应包含处理器和相关算法，用于数据处理和分析；控制器用于控制风洞试验系统的运行；此外，还需要使用显示器和操作界面用于用户的操作和显示。

兆瓦级风电变流器控制系统的设计发布时间：2023-02-20T01:48:23.266Z 来源：《科学与技术》2022年19期作者：郭凯旋臧璐[导读] 随着新能源技术的不断提高，新能源利用效率越来越高，控制系统越来越智能化。

郭凯旋臧璐河南乐盈机电设备科技有限公司河南许昌 461000摘要：随着新能源技术的不断提高，新能源利用效率越来越高，控制系统越来越智能化。

在过去的３０多年中，风力发电装机容量持续增长，风力发电机额定容量由５０ｋＷ提高至７．５ＭＷ。

基于风电变流器控制系统发展现状，陆地兆瓦级风电变流器主要采用印制电路板控制器，这一控制系统响应速度快、成本低，能够满足陆地风力发电机的控制需求。

关键词：风电变流器；控制系统；设计 1概述目前国内风电场运行风机的单机容量达兆瓦级，陆上主流风机容量为1.5MW~4MW，海上主流风机是单机容量为5MW~8MW等更大容量风机。

国内兆瓦级风力发电机组大多采用的是690V系统，且直驱型变速恒频风电系统采用的是全功率风电变流器，因此要求变流器并网输出电流很大，而目前功率开关器件的功率电流等级很难满足要求[1-2]。

为解决全功率变流器并网大电流问题，变流器一般采用多个功率模块单元并联方式来满足变流器的低电压、大电流[3-4]要求。

功率模块单元并联可以平均分担系统功率，同时降低功率模块单元中IGBT功率器件的电流应力，便于IGBT器件的选型；另外，多个功率模块单元并联可以灵活组成各种功率等级的风电变流器系统，用模块化的设计替代系列化，以提高风电变流器功率模块的标准化程度，减少物料种类的维护，从而缩短开发研制和生产周期，降低成本，提高系统的可维护性和互换性。

２控制系统概况笔者设计的兆瓦级风电变流器控制系统采用倍福ＣＸ２０３０系列可编程序控制器，配置数字量输入输出模块和模拟量输入模块。

可编程序控制器与数据采集板之间采用以太网控制自动化技术通信，具备数据处理、逻辑判断、故障诊断、历史数据记录等功能。

电弧风洞流量调节系统自动控制方法设计与验证赵顺洪;胡晓兵;杨斌;袁竭【摘要】针对电弧风洞流量调节系统受高温、高压影响大,参数变化范围宽,允许调节时间短,目前缺乏有效自动控制技术的问题,通过物理过程分析,建立和简化系统控制模型;提出分阶段采用开环与闭环组合,迭代与鲁棒PI(比例积分)组合的控制方法.在CAR DC20 MW电弧风洞上开展的验证试验显示系统在0.3～3.5 kg/s的流量范围内,调试时间小于6 s,调节精度高于0.8％,且具有较强的鲁棒性,平稳性、精准性、重复性,优于人工调节.%To solve the lack of effective automatic control method of the flow control system of arc wind tunnel for the effect of high temperature,high pressure,wide range of parameters and short adjustment time,the system control model is established and simplified by analyzing the physical process.A combination control method which consists of open-loops and closed-loops,iterative and robust PI (proportional-integral) is proposed.And an experimental verification was carried out in the 20 MW electric arc wind tunnel which belongs to CARDC,the results show that the adjustment time of the system is less than 6 s in the range of 0.3 ～ 3.5kg/s,and the adjustment accuracy above 0.8％.It has strong robustness and the stability,accuracy,repeatability is better than the manual adjustment.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2017(017)023【总页数】5页(P311-315)【关键词】电弧风洞;流量调节;迭代控制;鲁棒PI控制【作者】赵顺洪;胡晓兵;杨斌;袁竭【作者单位】四川大学,成都610065;中国空气动力研究与发展中心(CARDC),绵阳621000;四川大学,成都610065;中国空气动力研究与发展中心(CARDC),绵阳621000;中国空气动力研究与发展中心(CARDC),绵阳621000【正文语种】中文【中图分类】V211.74电弧风洞可提供持续高焓、高超声速试验气流，是高超声速飞行器热防护和热考核重要地面试验设备[1—3]。

收稿日期:2008—03—20作者简介:刘莉莉(1977-),女,江苏兴化市人,讲师,主要从事电机控制方面研究.【应用研究】兆瓦级风力发电机组中控制系统的电磁兼容设计与研究刘莉莉(苏州职业大学,江苏苏州215000) 摘　要:介绍电磁兼容的重要性和设计的基本原则,并就兆瓦级风力发电机组控制系统的设计中,对整体布局、布线、电磁屏蔽及接地等几个方面如何进行电磁兼容设计做详细的介绍.关键词:电磁兼容;电磁干扰;电磁屏蔽;接地中图分类号:TM315;TN03 文献标识码:A 文章编号:1008-5688(2008)03-0081-030　引言EMC (Electromagnetic Compatibility )即电磁兼容,它是研究电磁干扰的一门技术.随着电子技术的发展和人们对环境、设备意识的提高,电磁兼容问题被越来越多的人重视,尤其是在强电与弱电相结合的控制系统中显得更为突出.由于电磁兼容技术涉及了电力、电子、通信技术、自动控制等多行业的正常生产和运行,因此EMC 的合理设计变得非常重要[1].在兆瓦级风力发电机控制系统中,有大量大功率电气设备与低功率微型控制器及其他电气装置,这类装置更易受电磁干扰的影响,因此电磁兼容性对于兆瓦级风力发电机组控制系统的设计显得尤为重要.1　磁兼容设计的基本原则在兆瓦级风力发电机组中的电控系统设计的研究与实验过程中发现,要想合理地进行电磁兼容设计就必须彻底了解电磁干扰(EM I )的问题.只有对电磁干扰进行很好地抑制,才能使电控系统获得良好的电磁兼容性.形成电磁干扰要具备三个要素:干扰源、传播途径、受扰设备,它们之间的关系如图1所示.其中干扰源是向外发出电磁干扰的源,传播途径是干扰源到接受设备的耦合通道,受扰设备是承受电磁干扰的客体.要解决电磁兼容问题首先要从这三个要素着手,在设计阶段可以对这三方面采取抑制措施:(1)抑制干扰源,直接消除干扰原因;(2)切断传播途径,消除干扰源与受扰设备之间的噪声、电磁耦合和辐射,或者提高传输途径对电磁干扰的衰减作用;(3)加强受扰设备抵抗电磁干扰的能力,降低对电磁干扰、噪声的灵敏度,这就是电磁干扰和电磁兼容设计的基本原则.但实际上这三个条件都不可能完全消除,它们之间还相互制约.所以在实际的电磁兼容设计中要根据实际要求对三方面进行合理地抑制,使系统能正常工作,而且不会污染环境.2　兆瓦级风力发电机组控制系统中的电磁兼容设计在兆瓦级风力发电机组控制系统中有高电压、大电流存在,能产生强大的磁场,同时也有几十毫安的小电流信号存在,并且控制系统工作环境是在海边,对潮湿并具有腐蚀性的气体也不能忽视.因此需要对恶劣的运行环境进行充分地估计,采用多种抗干扰的方法来保证控制系统正常和持久地工作.211　整体布局、走线正确布置系统中的器件与走线,不仅可以减少各种寄生耦合干扰,而且可以使结构简化、调试方便、成本降低.在进行控制系统的整体设计与布局时,按照尽量减少电磁干扰的三个要素为基本前提.首先,采取将强电与弱电分开的原则,即根据电源电压等级将系统的交流690V 、220V 及直流24V 三种等级电第10卷第3期2008年9月 辽宁师专学报Journal of Liaoning T eachers College V ol 110N o 13Sep 12008压分开走线,避免彼此间的干扰影响.其次,采取不同的电源分别供给数字信号和模拟信号,以确保彼此信号不会因为电源而彼此影响.第三,将发热量大的元件安装在两侧向上位置[2],离敏感元件尽量远些,同时给发热量大的元件安装散热片、风扇或冷却系统.走线时,控制系统尽量按图2～4所示进行配线.212　电磁屏蔽在该系统中存在并网接触器,它在工作时有很大的电压电流,对整个控制系统的安全可靠性造成了致命的影响.为了减少并网接触器工作时对系统的影响,本设计对其采用了电磁屏蔽的方法.根据Schelkunoff 理论[3],电磁屏蔽可以采取三种损失合成的处理方法,即金属屏蔽体被电磁入射时,屏蔽效果总合S 可用S =A +R +M 表示,其中A :吸收损失———在金属内的传输衰减;R :反射损失———金属表面和空气之间的反射损失;M :多重反射损失———金属板两面反复反射的损失.以上公式中各项单位均为dB.21211　吸收损失吸收损失A 可表示为:A =13114f μr Gt ,其中f ———频率(Hz );μr ———相对磁导率;G ———相对电导率;t ———金属屏蔽体的厚度.根据上式可知,吸收损失与板厚度成正比例,与f 、μr 和G 的乘积平方根成正比例.因此对屏蔽材料来说μr 、G 值越大,屏蔽效果越好.同时屏蔽材料越厚,屏蔽效果也越好.21212　反射损失反射损失为电磁波由于屏蔽体作用造成反射而衰减的损失,与空间阻抗、金属阻抗、反射系数有关,关系复杂.根据实验可以得出反射损失的效果与G /μr 有关,G /μr 越大的材料屏蔽效果越好.21213　多重反射在金属屏蔽中由于导体的吸收损失很大,相应的反射损失已经很小了,多重反射M 值就更小,可以忽略,故不考虑.因此在采取电磁屏蔽时,主要考虑屏蔽体的吸收损失,在价格和效果综合考虑下,选用铁材料进行屏蔽比较合理.在重量允许的条件下,尽量选用厚点的铁板,这样屏蔽效果更佳.同时在本系统中,有些信号至关重要,例如位移传感器的反馈信号等,这些信号的准确与否直接关系到控制系统的成败.对这些重要的信号,本系统采用双屏蔽线,在电线外面采用钢材料的蛇皮管再进行屏蔽,确保信号准确.213　接地接地问题在系统抗干扰中占有重要的地位,是提高电磁兼容性的重要手段之一.好的接地不仅可以抑制系统干扰的影响,同时也能保证系统安全和操作人员工作安全,减少雷击损坏的概率.在控制系统中有很多部分需要接地,由于回路的性质和接地的目的不同,一般将接地子系统分为三种[4]:(1)接地保护线:设备金属外壳等的接地线;(2)系统接地线:信号回路基准导体或基准零位的导体接地连接线;(3)屏蔽接地线:电缆、变压器等屏蔽层的接地线.以上三种接地线最终都与大地相连,从而彼此相通.但如果连接不当,它们之间可能通过多种途径(交流电源的中性线、公共接地线的阻抗、接点环路、接地导线的电容耦合等等)引起强烈的干扰.为了避免上述问题,接地设计应遵循以下三种原则:(1)以尽可能短的接地路径建立一个对有关装置等电位的82　辽宁师专学报2008年第3期接地导线系统;(2)不构成接地环路;(3)避免电源零线引入干扰.在该系统中,保护接地线采用打入接地棒的方法,将多根金属接地棒埋入地下,并将其并联,以减少接地电阻,保证系统和人身的安全.系统接地线一般有三种连接方式:(1)浮地方式;(2)直接接地方式;(3)电容接地方式.更好地保证系统安全,本文采用直接接地方式,为对于系统对大地的分布电容,采取合理位置接地就可以避免.对于屏蔽线,不同场合的屏蔽线应采取不同的接线,有以下几种情况:(1)信号电缆屏蔽层:应在信号源或接受器一侧接地;(2)交流电源进线屏蔽层接地:将其屏蔽层接到保护地上;(3)电源变压器屏蔽层:屏蔽层直接接到保护地.由于系统工作频率小于10MHz [5],根据接地原则应该采用一点接地,如图5所示.在接地中,对避雷针的接地极重要性绝对不能轻视.关于避雷针接地极,J ISA4201对此作了如下规定:(1)厚度为114mm以上,面积为0135m 2(单面)以上的铜板.(2)厚度为3mm 以上,面积为0135m 2(单面)以上镀锌铁板.(3)也可使用同等效果的金属体,如棒状、管状、带状、板状或螺旋金属体等.但不得使用铝或类似易腐蚀的金属.避雷针接地电阻应尽量小,一般要求小于4Ω.在此基础上,在该控制系统中还采取了滤波技术、软件的冗余技术进行抗干扰.3　结语电磁兼容设计在当今强电、弱电相结合的控制系统中成为必不可少的一环,在兆瓦级风力发电机组控制系统设计中,应充分意识到这一点,采用多种软、硬件抗干扰措施对系统的电磁兼容性进行设计,对现场工作环境进行模拟,注意观察控制系统的工作情况,使电磁兼容设计在整个控制系统中起到重要作用.参考文献:[1]许家群,等.变频传动系统的电磁兼容问题[J ].电气传动,2002,(2):14-18.[2]戴广平.电动机变频器与电力拖动[M ].北京:中国石化出版社,1999.[3]荒木庸.电磁干扰和防止措施[M ].宋永林译.北京:计量出版社,1985.[4]张松春.电子控制设备抗干扰技术及其应用[M ].北京:机械工业出版社,1989.[5]董光天.电磁干扰测量与控制1000问[M ].北京:电子工业出版社,2003.(责任编辑　胡　坤,王　巍)(上接39页) if [-r ″＄file ″-a -w ″＄file ″]thencat ＄HOME Πmyfile ＄file >Πtmp Π＄＄.＄scriptcp Πtmp Π＄＄.＄script ＄fileecho ″＄script :myfile added to ＄file ″1>&2else echo ″＄script :need read and write permission for ＄file ″1>&2fi done 脚本中的两条trap 命令实现当脚本异常终止时删除临时文件.3　结论通过以上实例分析可以看到,在Shell 脚本中,适当地运用trap 命令可以实现一些有用的功能.在脚本调试过程中,如果在适当位置使用trap 命令输出关键性调试信息,则可使Shell 脚本的调试工作变得轻松许多.总之,适当运用trap 命令可收到事半功倍的效果.参考文献:[1]S obell M G.Linux 命令、编辑器与Shell 编程[M ].杨明军,王凤芹,译.北京:清华大学出版社,2007. 3.(责任编辑　李树东,朱成杰)刘莉莉兆瓦级风力发电机组中控制系统的电磁兼容设计与研究83　。

第34卷第1期机电产品开发与创新Vol.34,No.1 2021年1月Development&Innovation of M achinery&E lectrical P roducts J-n.,2021文章编号:1002-6673(2021)01-011-03兆瓦级风力发电机组检测试验风洞设计王营1,王斌1,张利强"，文武！，夏青！(1.中机生产力促进中心，北京100044； 2.北京机械工业自动化研究所有限公司，北京100120)摘要：针对兆瓦级风力发电机组控制系统的研发调试受现场气候环境制约的现状，设计开发兆瓦级风力发电机组风洞试验测试系统，通过调节输出频率控制不同风机数量、不同气流出口运行效率进行仿真试验测试，积累了大量经验数据，为突破风力发电机组控制系统发展瓶颈提供了支撑#关键词：兆瓦级$风洞测试$输出频率$仿真试验中图分类号：TK83文献标识码：A doi:10.3969/j.iss2.1002-6673.2021.01.004Design of Test Wind Tunnel for Megawatt Wind TurbineWANG Ying1,WANG Bin1,ZHANG Li-Qiang2,WEN Wu1,XIA Qin(((l.China Productivity Center for Machinery,Beijing100044,China；2.Beijing Research Institute of Automation for Machinery Industry Co.,Ltd.,Beijing100120, China)Abstract:In view of the current situation that the development and commissioning of the control system of MW wind turbine is restricted Dy the site climate environment,the wind tunnel test system of MW wind turbine is designed and developed.The simulation test is carried out by adjusting the output frequency to control the number of different fans and the operation efficiency of different airflow outlets.A lot of experience data is accumulated,which provides a breakthrough for the development of wind turbine control system Bottlenecks provide support. Keywords:Megawatt level；Wind tunnel；Output frequency；Simulation test0引言风力发电机组控制系统工作的安全可靠性问题，已经成为风力发电系统能否发挥作用，甚至成为风电场长期安全可靠运行的重大问题。

电弧风洞模型送进控制系统的电磁兼容设计王晓侃【摘要】The electric arc air tunnel model has been used on high-power electric arc heater. Because the improvement of the arc room pressure will cause the electric discharge the unstable increasing and also will strengthen the external radiation of the high frequency electromagnetic field, it will bring the very strong electromagnetic interference to the deliver system of the model of the electricity control section. Thus all of factors will affect the normal work of whole system. Focused on elec-tromagnetic interference, the shield, the earth, the filter as well as the software aspect anti-interference measures were de-signed, which weakened the electromagnetic interference from most severe degree and enhanced the whole deliver control system operating performance enhancement.%电弧风洞模型主要用于大功率电弧加热器上.由于弧室压力的提高,使放电的不稳定性增加,向外辐射的高频电磁场也加强,给模型送进系统的电气控制部分带来很强的电磁干扰,从而影响整套系统的正常工作.针对电磁干扰,采取了屏蔽、接地、滤波以及软件方面的抗干扰措施,在很大程度上削弱了电磁干扰,使整套送进控制系统工作性能显著增强.【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷),期】2012(000)012【总页数】3页(P49-51)【关键词】电弧风洞;电磁兼容;电磁干扰;送进控制系统【作者】王晓侃【作者单位】河南机电职业学院,河南新郑451191【正文语种】中文【中图分类】TP202.11 风洞的工作原理风洞是通过人工产生和控制气流，用于模拟飞行器或物体周围气体的流动，并可量度气流对物体的作用程度和观察物理现象的一种管道试验设备。