《dynapower 使用ni通用变频器 控制器 (gpic),缩短 功率变换器的开发时 间》由会员分享，可在线阅读，更多相关《dynapower 使用ni通用变频器 控制器 (gpic),缩短 功率变换器的开发时 间（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、Dynapower 使用 NI 通用变频器 控制器 （GPIC），缩短 功率变换器的开发时 间这个设计方案成功 的关键在于我们的电 源工程师可以直接对他们的产品进行编 程，而无需再通过软 件工程师的帮助来完成。这个全新的平台 以及开发方法将我们 的开发时间从最初的72 周缩短为 24 周。这些工具真正地 将设计带到了一个新的层次。我们在设计 初期的时候就有了百 分之 90 的信心指数，同时，也最小化 了产品原型化阶段的 硬件修改周期。Dynapower 功率变换器 - Kyle Clark, The Challenge:我们需要设计一个独 特的功率变换机制以 及逆变器系统的拓扑 结构，以完全发
2、挥用 于电网能量存储的碳 性电池的优势。The Solution:使用全新的 NI Single- Board RIO 通用变频器控制器 （GPIC ），为电 网提供有功功率和无 功功率，以稳定运行使用了具有功率突变 特性的多种发电电源 （例如风能和太阳能 发电）的实际应用， 或者对不稳定的负载 进行补偿。Author (s):Kyle Clark - 最近， Dynapower 在 NI LabVIEW 可重 配置 I/O 架构以及 NI Singl- Board RIO GPIC 平 台的基础上开发了一 条专门为电网并网能 量存储而设计的功率 变换器的生产线。 LabVIEW 电力 电子设
3、计平台和基于 FPGA 的 NI GPIC 帮助我们缩 短了功率变换器的开 发时间，设计时间从 最初的 72 周缩短为 24 周。在 NI GPIC 和 LabVIEW 工具 链的帮助下，我们仅 用了之前所需要时间 的三分之一就将一个 高级、高质量的产品 推向了市场。设计概览在过去的 50 年中，一直在为工业、采矿 业和高能物理应用提 供高电压、高电流的 功率变换器。在有效 解决功率变换器行业 的复杂挑战上，我们 一直处于行业领先地 位，我们服务的客户 包括 Los Alamos 和 Oak Ridge 国家实验室。最近，Axion Power International 公司就一种全新的高
4、级碳性电池产品与我 们进行了合作探讨， 需要将这种产品运用 在我们的功率转换器 的生产线中。将高级 的碳性电池用于并网 的能量存储应用有着 许多优势，包括快速 的充电和放电速率， 较长的产品生命周 期，并且可以进行深 循环放电。但是，他 们需要一个独特的功 率变换器和逆变器系 统拓扑来完全实现这 些优势。在对多种业界最先进 的数字控制技术进行 深入评估后，我们选 择了全新的 NI GPIC 来为 Axion Power International 公司的碳性电池电网 并购能量存储系统开 发高级的多通道直流 至直流变换器。 NI GPIC 是基 于 NI LabVIEW RIO 架构，提供了 特
5、定的 I/O 集合来 满足商业批量生产数 字能量系统对成本和 性能的需求。该系统可以为电网提 供有功功率和无功功 率，以帮助使用了具 有功率突变特性的多 种发电电源（例如风 能和太阳能发电）的 实际应用的稳定运 行，或者对不稳定的 负载进行补偿。多个 并行通道的碳性电池 通过一个与每一个通 道都相连的 DC/DC 变换器互 相连接在一起。而共 用的 DC 连接端则与 逆变器相连，并直接 与电网进行并网。在 NI GPIC FPGA 强大的处理 能力的帮助下，一个 独立的控制器就可以 对多个并行的变换器 进行管理。图 1. Dynapower 多通道 DC/DC 变 换器拓扑系统组件该系统由以下
6、组件组 成：- 一个 50KW 的 直流/直流功率变换 器模块我们面临的设计挑战 目标非常难实现。 Axion Power 公司来寻 求我们的帮助，要求 实现可控的电流分配 和并行的变换器之间 的精确平衡，不管是 在应用交互操作环境 下或者是在微电网模 式下，这种平衡都要 可以保持。因此，我 们需要一个高速的响 应算法来在两种工作 模式之间进行无缝切 换。1/4图 2 Dynapower 50KW 模块化直流 /直流变换器拓扑和 基于 FPGA 的高级 电力电子控制器-NI LabVIEW RIO 架构NI 基于 FPGA 的 RIO 架构，集成 了处理器，一个 FPGA 芯片和逆变 器 I/
7、O，所有的元 素都通过 LabVIEW 系统 设计软件进行编程， 由于这个架构可以平 行并且高速地与变换 器进行通讯，所以可 以轻松地解决我们面 临的问题。在管理电 池在特定模式下的充 电和放电之外，该控 制器还用于管理内部 电流环和外部系统环 路。图 3. LabVIEW RIO 架构- 一个基于 FPGA 的电力电子 控制器使用现代基于 FPGA 的控制系 统，我们能够以较低 的成本来解决这个挑 战。我们选择了全新 的 NI GPIC， 因为基于 FPGA 的 平台可以为我们提供 比以前使用的传统数 字信号处理器平台高 出 40 倍的单位美元 性能。与一个完全自 定义的控制器设计方 案对比
8、来说，使用 NI 的 LabVIEW 工具 链和开发平台可以大 大减少我们的开发成 本并降低开发的风 险。这样，底层的基 于文本的编程语言和 完全自定制的设计架 构就变成了一种负 担，而且，更重要的 是，这样的划分也为 我们的电源工程师和 程序员带来了不可逾 越的障碍。图 4. NI Single- Board RIO GPIC图形化的系统设计方 法对开发成本和开发 时间带来的影响2/4这个设计方案成功的 关键在于我们的电源 工程师可以直接对他 们的产品进行编程， 而不需要再通过软件 工程师的帮助来完 成。这个全新的平台 以及开发方法将我们 的开发时间从最初的 72 周缩短为 24 周。使用
9、NI Single- Board RIO GPIC， 我们可以先使用与 NI Multisim 联 合运行的桌面联合仿 真功能来开发我们的 高级 LabVIEW FPGA 电力电子控 制算法，然后使用 NI Ultiboard 来设计自定制的接口 电路板，并且使用 NI GPIC 来部 署我们的商业电网并 网功率变换器系统。 这些工具是真正的将 设计带到了一个新的 层次，使用这些工 具，每一个产品设计 我们就可以比传统的 开发模式节省 114 人月的开发成本，帮 助我们以一个比原来 小 2.4 倍的团队仅 使用了不到原来一半 的时间就完成了设计 开发。我们在初期设 计的时候就可以有百 分之 9
10、0 的信心指 数，同时，也最小化 了产品原型化阶段的 硬件修改周期。图 5. NI GPIC 的开 发方法图 6. 最初 Dynapower 的开发方式是典型的 传统嵌入式系统设计 过程，包括一个传统 的 DSP 电路板以及 以高级仿真模型为基 础的基于文本的控制 程序图 7. Dynapower 全新的开发方式使用 了 NI GPIC 硬 件和图形人的系统设 计流程，这个开发流 程帮助 Dynapower 获得了 3 倍的开发时 间缩减未来的开发应用我们的电网并网功率 变换器的下一步目标 包括了嵌入式的电能 质量分析；系统的独 立运行；远程的通讯 和控制；数据汇集； 以及使用一个多端 口，多
11、层次的交流/ 直流变换器来通过共 用的直流端口来将太 阳能电池充电器集成 到系统中。NI 开发 平台提供了很高的灵 活性，可以帮助我们 拓展更多全新的业 务。我们将很乐意将 以后的设计开发基于 一种高级的设计语 言，只要这种语言易 于阅读并且可以方便 地让我们的功率变换 专家使用。3/4Author Information:Kyle ClarkDynapower Company, LLC kclarkdynapower. comDynapower 功率变换器LegalThis case study (this case study) was developed by a National Instruments (NI) customer. THIS CASE STUDY IS PROVIDED AS IS WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND AND SUBJECT TO CERTAIN RESTRICTIONS AS MORE SPECIFICALLY SET FORTH IN NI.COMS TERMS OF USE 4/4
