КПМ РИТМ: проводим HIL-тестирование STM32 c системой управления СНЭ

Мы уже не раз говорили: если вы создаёте микроконтроллер для управления дорогим силовым оборудованием, этап HIL-тестирования на цифровой модели обязателен. Этот демо-проект наглядно показывает, как среда разработки Engee, микроконтроллер STM32 и комплекс реального времени КПМ РИТМ работают вместе, чтобы воплотить эту задачу в жизнь.

В этом примере я, выступая в роли инженера, который практически не имеет опыта программирования микроконтроллеров, покажу, как можно реализовать систему управления системой накопления энергии (СНЭ) на микроконтроллере STM32, а также выполнить её HIL-тестирование в режиме жёсткого реального времени с использованием комплекса КПМ РИТМ.

Объект управления: модель автономной дизельной электростанции со СНЭ (модель plant.engee).

Система управления: алгоритм сглаживания нагрузки на ДГУ с помощью СНЭ (модель control_system.engee).

Проблема резкопеременной нагрузки для дизель-генераторных установок

Дизельные электростанции — основа электроснабжения удалённых объектов, в том числе нефтегазодобывающих предприятий. В таких энергосистемах нагрузка имеет резкопеременный характер, что приводит к:

низкому коэффициенту использования установленной мощности (КИУМ)
повышенному расходу топлива
ускоренному износу оборудования
срабатыванию технологических защит
снижению качества электроэнергии.

Для решения этих проблем применяют СНЭ с функцией сглаживания скачков нагрузки.

Модель дизельной станции с накопителем энергии на КПМ РИТМ

Модель энергосистемы, реализованная в среде Engee, функционирует в режиме реального времени на комплексе КПМ РИТМ. Принцип работы модели построен следующим образом:

Дизель-генератор работает на динамически изменяющуюся нагрузку.
Сигнал текущей нагрузки передается через ЦАП с КПМ РИТМ на микроконтроллер STM32, где исполняется разработанный алгоритм управления СНЭ.
СНЭ, в свою очередь, принимает управляющий сигнал от STM32 по каналу АЦП.

После запуска данной модели на КПМ РИТМ в интерактивном режиме можно просматривать графики залогированных сигналов, получая и анализируя информацию о работе энергосистемы.

Модель системы управления накопителем энергии на STM32

Модель системы управления СНЭ довольно простая:

АЦП STM32 принимает сигнал мощности нагрузки в модели энергосистеме
Далее, сигнал дублируется, по одному из каналов управления. Один из сигналов проходит через апериодическое звено первого порядка, в котором задается постоянная времени, влияющая на плавность передачи мощности нагрузки от СНЭ к ДГУ. На выходе апериодического звена получается сигнал "желаемой" мощности ДГУ.
При сложении сигнала нагрузки и сигнала сглаженной нагрузки получается сигнал требуемой мощности от СНЭ.
Этот сигнал может быть как положительным, так и отрицательным. Положительное значение соответствует выдаче мощности (разряд), отрицательное – потреблению мощности (заряд).
Передаем этот сигнал на ЦАП STM32.

Испытательный стенд: STM32 и КПМ РИТМ

Результаты симуляции

Рассмотрим графики мощности в энергосистеме. При набросе/сбросе 0,5 МВт нагрузки ДГУ меняет свою мощность плавно с заданной в алгоритме сглаживания постоянной времени.

Кроме этого, применение алгоритма управления СНЭ для сглаживания набросов/сбросов нагрузки уменьшило отклонение частоты с 0,65 Гц (без СНЭ) до 0,2 Гц при набросе и сбросе 0,5 МВт нагрузки.

Выводы

Используя пакет поддержки STM 32 и пакет поддержки КПМ РИТМ без единой (!) строчки кода удалось реализовать систему управления накопителем энергии на микроконтроллере STM32 и протестировать его в реальном времени на цифровой модели дизельной электростанции с помощью КПМ РИТМ.