為改善實驗條件,開發(fā)了一套船舶電力系統(tǒng)故障診斷與保護虛擬實驗教學平臺。該實驗平臺利用NIVeriStand實現(xiàn)LabVIEW與MATLAB/Simulink的動態(tài)鏈接,利用LabVIEW實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫訪問功能。結合Simulink的快速仿真建模設計、VeriStand對仿真模型的在線管理以及LabVIEW的圖形顯示,實現(xiàn)了對船舶電力系統(tǒng)的工況模擬、在線監(jiān)測、故障診斷與保護等多個功能,縮短了仿真實驗開發(fā)周期、提高了開發(fā)效率。以雙機單槳且發(fā)電機整流輸出側短路故障工況為例,說明了虛擬實驗平臺的實驗教學應用。 

【文章來源】：實驗技術與管理. 2019年07期 北大核心

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

虛擬實驗教學平臺的設計流程框圖

問?幌允廄?饕???示波器和數(shù)值顯示控件等直觀地顯示信號波形、數(shù)值、工況類型等；功能擴展區(qū)包括數(shù)據(jù)保存、歷史查詢和保護方案查詢。1.2虛擬實驗平臺環(huán)境構建與數(shù)據(jù)交互NIVeriStand是一款可提供實時測試環(huán)境的軟件，能夠幫助用戶提高創(chuàng)建實時測試應用程序的效率，具有開放、實時測試等特點。NIVeriStand的2018版本不僅可高速采集數(shù)據(jù)、進行數(shù)據(jù)管理與分析[10-13]，還能夠實現(xiàn)LabVIEW、MATLAB、C/C++等軟件環(huán)境的自定義和擴展。一個樹狀的VeriStand工程文件至少包括工程文件、系統(tǒng)定義文件和窗口顯示文件。圖2為虛擬實驗平臺的信息交互流程。當VeriStand配置完成時，就能為Simulink下的船舶電力系統(tǒng)仿真模型提供運行環(huán)境，且實現(xiàn)主計算機和執(zhí)行主機之間的通信。這時，用戶可利用VeriStand窗口顯示文件Workspace構建的實時層界面以及LabVIEW建立的平臺界面，對船舶電力系統(tǒng)的控制參數(shù)、開關等進行相關操作，可利用平臺界面訪問數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)儲存、故障類型查詢等。圖2虛擬實驗教學平臺的信息交互流程本文利用MATLAB2015b、LabVIEW2016、VeriStand2016、SQLServer2008軟件，但需要注意各軟件版本的兼容性和安裝順序，否則無法正常鏈接。完成安裝后，打開MATLAB，在其命令窗口中顯示：NIVeriStandModelFramework###Successfullyinitializedcomponents并在SimulinkLibraryBrower中自動添加NIVeriStandBlocks模塊，以上表明軟件環(huán)境配置成功。在平臺開發(fā)時，LabVIEW和VeriStand的數(shù)據(jù)交互，其核心是利用LabVIEW的NIVeriStand函數(shù)包，通過編程修改VeriStand引擎中的通道和參數(shù)。VeriStand利用Aliases對系統(tǒng)定義文件中的通道定義備用名稱。LabVIEW利用NIVeriStand函數(shù)包，實現(xiàn)對VeriStand工作區(qū)管理器的調用，?

張敬南，等：船舶電力系統(tǒng)虛擬實驗教學平臺研發(fā)105LabVIEW與數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)交互。2虛擬實驗平臺案例船舶電力系統(tǒng)虛擬實驗教學平臺由2套燃氣輪整流發(fā)電機組(TG1、TG2)、2套柴油整流發(fā)電機組(DG1、DG2)和2套電力變壓變頻推進系統(tǒng)組成，負載為定槳距螺旋槳推進器。設置隔離開關QS1—QS4，直流斷路器QF1—QF11（見圖3）。圖3環(huán)形拓撲結構示意圖實驗者依據(jù)“船舶電力系統(tǒng)故障保護課程設計”實驗講義對虛擬實驗教學平臺進行相關操作，并可自行設計系統(tǒng)運行工況、故障類型、故障時間以及保護方案等。本文以雙機單槳工況DG1整流輸出側短路故障為例，說明虛擬實驗平臺的相關操作。TG1和DG1帶一套推進負載M1且總功率大于10MW。實驗者在平臺界面的VeriStand模型加載區(qū)配置執(zhí)行主機的IP地址和預先配置好的系統(tǒng)定義文件的路徑，然后運行船舶電力系統(tǒng)故障診斷與保護軟件，仿真程序在后臺進行數(shù)值計算。通過對LabVIEW平臺界面的參數(shù)下拉列表或者實時層Workspace界面輸入控件進行參數(shù)的設置與修改，完成整流發(fā)電機組啟動、加減載、并網(wǎng)、功率分配等操作。根據(jù)整流發(fā)電機組斷路器狀態(tài)、負載斷路器狀態(tài)以及負載系統(tǒng)總功率，判斷當前船舶電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)，運行工況欄中顯示“工況8”。實驗者設置系統(tǒng)發(fā)生DG1整流輸出側短路故障，顯示區(qū)DG1的“短路故障”指示燈亮。實驗者通過顯示區(qū)觀察到故障對船舶電力系統(tǒng)產生的影響。然后實驗者根據(jù)自行設計的保護方案對虛擬實驗平臺進行操作，驗證所設計方案對系統(tǒng)的保護情況等。虛擬實驗教學平臺的部分實驗結果曲線如圖4所示。由實驗結果可知：在DG1整流輸出側短路故障后，限流式斷路器限制了短路電流的峰值和穩(wěn)

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于網(wǎng)絡功能虛擬化的網(wǎng)絡測試實驗平臺構建[J]. 金可仲,劉軍,陳勝凱.  實驗技術與管理. 2018(11)
[2]基于Matlab的電力電子虛擬仿真實驗平臺研究[J]. 楊婷,楊廠.  實驗技術與管理. 2018(07)
[3]電力推進系統(tǒng)實時監(jiān)控平臺的研究[J]. 高燕,張菁,李亞軒,劉瑾.  實驗室研究與探索. 2017(03)
[4]基于虛擬儀器和Simulink的運動控制系統(tǒng)虛擬實驗平臺設計[J]. 邢雪寧,張厚升,季畫.  實驗技術與管理. 2015(08)
[5]船海虛擬仿真實驗教學中心的建設與發(fā)展[J]. 馮峰,孫聰,曲先強.  實驗技術與管理. 2014(01)
[6]基于Simulink與LabVIEW混合編程的電機系統(tǒng)仿真平臺設計[J]. 許靈駿,俞佳侃,李濟棋,袁登科.  機電一體化. 2012 (09)
[7]船舶電力推進試驗平臺設計[J]. 劉崇,沈愛弟,康偉.  上海海事大學學報. 2011(02)
[8]LabVIEW與Matlab/Simulink混合編程方法及應用[J]. 黃世奎,彭宇寧,謝樹平,韋德暉.  實驗室研究與探索. 2009(07)

碩士論文
[1]基于NI平臺的汽車PCM硬件在環(huán)測試系統(tǒng)研究[D]. 唐云.浙江大學 2016
[2]電動汽車試驗臺架控制系統(tǒng)開發(fā)與研究[D]. 楚駿楠.上海交通大學 2014



本文編號：2948242