"我們成功實現了一個基於CompactRIO平台的控製和測量係統。係統被放置在一個接電裝置中，並與之一起放置在海底。"

    在2009年夏季
，呂瑟希爾（Lysekil）波浪發電研究站由3個WEC、1個LVMS（低壓海上變電所）和1個地麵測量站組成。研究站的概況如圖1所示。

圖 1：2009年4月受控研究站示意圖
；WEC3是紅色的，WEC 2是藍色的，WEC 1是灰色的。LVMS位於電阻發電機負載和地麵測量站之間。

LVMS低壓海上變電所的控製

    控製係統由3個位於LVMS內部的CompactRIO裝置
、1個CompactRIO和1台位於地麵測量站的電腦組成。通信結構如圖2所示。

圖 2：通信結構（其中包括通過通信電纜實現的LVMS和測量站之間點對點通信）

    第一個CompactRIO係統是一個保險裝置，它是一個開/關guan係xi統tong，控kong製zhi變bian電dian所suo中zhong的de接jie觸chu器qi和he繼ji電dian器qi。第di二er個ge係xi統tong控kong製zhi直zhi流liu至zhi交jiao流liu電dian壓ya的de轉zhuan換huan。第di三san個ge係xi統tong是shi一yi個ge專zhuan用yong數shu據ju采cai集ji係xi統tong，能neng夠gou記ji錄lu來lai自ziLVMS內部傳感器的WEC數據和環境數據。圖3展示了第一個CompactRIO係統
、1個信號調節模塊和調製解調器。第四個CompactRIO係統用於控製測量站外的電阻性電力負載並且測量上傳至海岸的電壓和電流。

圖 3：在CompactRIO後麵安裝有2個基於可編程自動化控製器（PAC）的安全係統和調製解調器。

保險裝置和繼電器控製係統

    第一個CompactRIO係統僅使用現場可編程門陣列（FPGA）開(kai)發(fa)完(wan)成(cheng)，以(yi)增(zeng)加(jia)係(xi)統(tong)穩(wen)定(ding)性(xing)。一(yi)個(ge)實(shi)時(shi)程(cheng)序(xu)由(you)許(xu)多(duo)進(jin)程(cheng)組(zu)成(cheng)，這(zhe)些(xie)進(jin)程(cheng)彼(bi)此(ci)互(hu)相(xiang)依(yi)賴(lai)，並(bing)且(qie)經(jing)常(chang)存(cun)在(zai)一(yi)個(ge)進(jin)程(cheng)阻(zu)礙(ai)另(ling)一(yi)個(ge)進(jin)程(cheng)運(yun)行(xing)的(de)風(feng)險(xian)。通(tong)常(chang)，我(wo)們(men)使(shi)用(yong)三(san)種(zhong)方(fang)法(fa)類(lei)克(ke)服(fu)死(si)鎖(suo)：死鎖預防、死鎖規避和死鎖檢測。若僅利用部分計算資源
，那麼死鎖的可能性會減少
，然而實時係統不可能100%穩定。第一個CompactRIO係統會對WEC(波浪能源轉換器)進行切換，從而達到整流的目的，或者，它會將一個WEC連接到地麵測量站並把其他的WEC連接到它們的阻性負載。它還會測量電壓和電流值，若超過限定值
，就將WEC從LVMS上斷開。

變頻器控製

    第二個CompactRIO係統負責將直流電壓轉換成50Hz交流電壓。LVMS內部的變頻器由1個CompactRIO和6個配有驅動器的IGBT（絕緣柵雙極晶體管)組成。根據對直流母線和交流輸出進行的測量，變頻器會執行對IGBT（絕緣柵雙極晶體管）的PWM（脈寬調製）。我們把高速的開關算法放在FPGA中
，並與實時控製器通信以便進行校正計算，然後將脈衝寬度的信息傳送回FPGA。CompactRIO還把測量結果發送至地麵站的電腦，並將數據儲存到電腦的硬盤中。變頻器最終測試結果如圖4所示。控製界麵如圖8所示。

圖 4：在烏普薩拉（Uppsala）進行的最終測試的電流和電壓測量結果：a)測量到的交流電壓
，負載=107歐姆   b)測量到的交流電壓，負載=107歐姆  c)通過變壓器之後測量的交流電壓，負載=36微法//107歐姆   d)通過變頻器之前測量的直流電壓。

專用數據采集係統

    第三個係統是專用數據采集係統，它能夠測量來自每個WEC的電壓和電流以及兩個WEC內部傳感器。其中包括在WEC2和WEC3內部的譯碼器位置
、發電機磁通量和定子溫度。在WEC2的金屬結構上還配備有應變計以及能夠測量活塞水平運動的激光傳感器。係統還可以測量LVMS內部的漏水情況、溫度、壓力和濕度。

數據采集係統的放置

    因為電子設備最終需要維修和校準，所以我們把測量CompactRIO係統放在接電裝置內部。這樣我們可以將接電裝置從海底提出海平麵並把它拖進海港
，但是提起一個WEC的費用則更加昂貴。

    在評估測量數據的過程中，在時間同步性方麵遇到了挑戰。大多數數據記錄係統時鍾僅精確到秒。而為了評估來自WEC的數據，傳感器必須實現毫秒級的同步，這可以利用IEEE-1588時鍾同步協議實現。但是如果使用數據記錄係統來實現同步

，則會導致WEC內部的傳感器數據將會與WEC生成電壓和電流信號同步。因此
，更好的方法是，將WEC生成的模擬信號直接傳送出去，然後再在這個數據采集係統中采集所有的信號。

結果

    我們成功實現了基於CompactRIO 平台的控製和測量係統。我們把係統放在接電裝置中，然後把接電裝置放在海底。我們可以通過基於CompactRIO設計的變頻器來控製直流至交流的轉換。

鳴謝

    瑞典呂瑟希爾（Lysekil）項目於2009年由Vattenfall AB、Statkraft AS



、Fortum oy、瑞典能源機構、Draka Cable AB、哥德堡能源研究基金、 Falkenberg Energy AB、Wallenius 基金、Helukabel
、ProEnviro、Seabased AB、Olle Engkvist基金、The J. Gust. Richert 基金、Ångpanneföreningen研發基金、CF 環境基金
、Göran Gustavsson研究基金和Vargöns研究基金資助。

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