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開放式交直流電力電子研究與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

一、概述

開放式交直流電力電子研究與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以廣泛應(yīng)用于科研單位、教學(xué)機(jī)構(gòu)、高級(jí)電工培訓(xùn)中心等場(chǎng)合。平臺(tái)中直流側(cè)可接入模擬直流電源，用于模擬光伏發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)，交流側(cè)可并入三相電網(wǎng)，變流器可以并網(wǎng)運(yùn)行或離網(wǎng)運(yùn)行，可以有效模擬光伏逆變器、儲(chǔ)能變流器、電動(dòng)汽車充電樁、電力電子變壓器等多類型裝置。

平臺(tái)電力電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)內(nèi)容豐富，融合了當(dāng)前的教學(xué)實(shí)驗(yàn)理念和企業(yè)項(xiàng)目研發(fā)流程，具有模塊化、數(shù)字化、開放性等技術(shù)特點(diǎn)。

開放式交直流電力電子研究與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)可以極大地提高高職院校、企業(yè)、科研院所等研究人員在新能源發(fā)電技術(shù)及電力電子與電能變化技術(shù)等方面的研究水平，節(jié)省成本，縮短研發(fā)周期，提高經(jīng)濟(jì)效益。

本產(chǎn)品可以方便的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)參數(shù)的變化，有利于用戶對(duì)自己的控制策略和控制算法的檢驗(yàn)。另外，為了方便用戶的使用，本系統(tǒng)提供多種產(chǎn)品典型應(yīng)用程序包，可以方便用戶快速搭建不同場(chǎng)景研究實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本。

二、平臺(tái)創(chuàng)新點(diǎn)

電力電子技術(shù)與電氣工程、信息工程、控制工程三大學(xué)科緊密交叉，是連接弱電和強(qiáng)電的橋梁，是目前最活躍、發(fā)展最快的新興學(xué)科之一，是新能源發(fā)電和電力傳動(dòng)研究的關(guān)鍵技術(shù)，也是高等院校電氣信息類專業(yè)學(xué)生必須掌握的內(nèi)容和技能。

高校電力電子技術(shù)課程涵蓋了器件、電路、控制等內(nèi)容，電力電子實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)應(yīng)能適應(yīng)科技、生產(chǎn)發(fā)展的需要。傳統(tǒng)廠家提供的逆變器、變流器等產(chǎn)品其主電路及控制算法均為封閉設(shè)計(jì)，可視性較差，且內(nèi)部電路均已接好，無法更改內(nèi)部拓?fù)浜涂刂扑惴ǎ瑯O大的限制了學(xué)生創(chuàng)新開發(fā)思維，難以發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性。

開放式交直流電力電子研究與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具有模塊化、數(shù)字化、開放性等特點(diǎn)，完全滿足本科生和研究生對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)要求，對(duì)教師的科研工作也有一定的幫助，滿足了學(xué)校教學(xué)、實(shí)驗(yàn)、研究一體化需求。通過該平臺(tái)，學(xué)生可對(duì)完整的電力電子電路的結(jié)構(gòu)基本原理建立一個(gè)較為全面的認(rèn)識(shí)，對(duì)電力電子電路中的驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路、控制電路等內(nèi)容有直觀的認(rèn)識(shí)。

交直流透明化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以為企業(yè)研發(fā)交直流電力電子裝置提供通用研發(fā)、測(cè)試、驗(yàn)證平臺(tái),可以滿足企業(yè)對(duì)新產(chǎn)品研發(fā)的需求。

三、產(chǎn)品特點(diǎn)

交直流透明化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)產(chǎn)品內(nèi)部包含有兩臺(tái)DC/DC和兩臺(tái)DC/AC變流器和測(cè)控監(jiān)測(cè)機(jī)柜，具有以下性能特點(diǎn)：

? 高速DSP微處理器，純正弦輸出，穩(wěn)定同步并網(wǎng)，輸出諧波量小，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的精確智能化控制；

? 寬直流輸入電壓范圍，提高發(fā)電效益；

? DSP數(shù)字化矢量控制，性能優(yōu)異；

? 帶有工頻隔離變壓器，提高電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性；

? 采用Infineon低功耗IGBT作為系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換的主要開關(guān)器件，實(shí)現(xiàn)高系統(tǒng)功率運(yùn)行；

? 全面完善的故障保護(hù)措施；

? 模塊化設(shè)計(jì)，便于安裝維護(hù)；

? 本地觸摸屏監(jiān)控界面，實(shí)時(shí)顯示、操作便捷；

? 標(biāo)配RS485通訊接口，采用MODBUS標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議；

四、技術(shù)參數(shù)

DC/AC技術(shù)參數(shù)表              DC/DC技術(shù)參數(shù)表

五、典型應(yīng)用

搭建“開放式交直流電力電子研究試驗(yàn)平臺(tái)”的過程中，總結(jié)了12種基礎(chǔ)性應(yīng)用程序包。它們可以任意切換的產(chǎn)品電力工況模式，為用戶研究電力電子產(chǎn)品提供一套無可比擬的便攜工具。

同時(shí)，隨著平臺(tái)應(yīng)用開發(fā)的進(jìn)展，根據(jù)市場(chǎng)需要我們將陸續(xù)推出更多的應(yīng)用程序包，如：虛擬同步發(fā)電機(jī)模式、電能質(zhì)量治理模式、串并聯(lián)切換模式、能量路由器模式等。

1. 基礎(chǔ)應(yīng)用

?離網(wǎng)V/F控制模式：用戶根據(jù)負(fù)載應(yīng)用需求配置輸出電壓，三相儲(chǔ)能變流器可實(shí)現(xiàn)滿載與空載之間的相互切換（220V）。

? 并網(wǎng)PQ控制模式：用戶根據(jù)功率應(yīng)用需求配置輸出P與Q，變流器經(jīng)220:380隔離變壓器后并網(wǎng)，測(cè)試變流器運(yùn)行狀態(tài)。

? 并網(wǎng)定電壓充電控制模式：當(dāng)直流側(cè)帶載時(shí)，可根據(jù)直流負(fù)載需求配置電壓給定值。使用三相儲(chǔ)能變流器工作于此模式時(shí)，配置直流側(cè)電壓給定模式，測(cè)試變流器運(yùn)行狀態(tài)。

? 并網(wǎng)定電流充電控制模式：當(dāng)帶載時(shí)，根據(jù)直流負(fù)載需求配置直流電壓給定值。應(yīng)用三相儲(chǔ)能變流器工作于此模式時(shí)，配置直流側(cè)電流給定，測(cè)試變流器運(yùn)行狀態(tài)。

? 直流側(cè)輸出穩(wěn)壓控制模式：斬波變流器具有升壓功能，可根據(jù)負(fù)載應(yīng)用需求配置輸出電壓。測(cè)試斬波變流器可靠性、穩(wěn)定性及滿載與空載之間的相互切換時(shí)的響應(yīng)能力。

? 電池側(cè)恒壓充電控制模式：斬波變流器具有降壓功能，用戶根據(jù)負(fù)載應(yīng)用需求配置輸出電壓。測(cè)試斬波變流器可靠性、穩(wěn)定性及滿載與空載之間的相互切換時(shí)的響應(yīng)能力。

? 電池側(cè)恒流充電控制模式：斬波變流器具有恒流充放電功能，可根據(jù)負(fù)載應(yīng)用需求配置直流輸出電流。測(cè)試斬波變流器運(yùn)行狀態(tài)。

? MPPT控制模式：斬波變流器工作在MPPT模式時(shí)，驗(yàn)證斬波器最大功率跟蹤效果。

? 功率波動(dòng)抑制控制模式：可利用超級(jí)電容的性能特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)能量進(jìn)行管理，解決供電系統(tǒng)存在用電負(fù)荷和電能供應(yīng)不平衡問題，以滿足電網(wǎng)峰值負(fù)荷的需要。

? 電動(dòng)汽車充放電控制模式：利用本平臺(tái)，在DC/AC逆變器交流側(cè)接入電網(wǎng)，在DC/DC低壓側(cè)接入電池模擬器，可以測(cè)試電動(dòng)汽車充放電控制方法。

? 微電網(wǎng)并網(wǎng)工作模式：雙向DC/AC逆變器并網(wǎng)運(yùn)行在P/Q模式下，可以測(cè)試微電網(wǎng)在并網(wǎng)模式下的運(yùn)行控制方法和能量管理策略。

? 微電網(wǎng)離網(wǎng)工作模式：雙向DC/AC逆變器與電網(wǎng)斷開連接，運(yùn)行在V/F模式下，通過協(xié)調(diào)控制維持微電網(wǎng)內(nèi)部功率平衡，可以測(cè)試微電網(wǎng)在離網(wǎng)模式下的運(yùn)行控制方法和能量管理策略。

變流器機(jī)柜 & 測(cè)控監(jiān)測(cè)機(jī)柜

2. 高級(jí)應(yīng)用

? 虛擬同步發(fā)電機(jī)模式：在DC/DC輸入側(cè)分別接入光伏和儲(chǔ)能電池，通過DC/AC逆變器接入電網(wǎng)，即可模擬虛擬同步發(fā)電機(jī)對(duì)控制方式及控制特性進(jìn)行測(cè)試。

? 電能質(zhì)量治理模式：通過DC/DC和DC/AC通過開關(guān)組合后，使用算法包設(shè)置DC/AC運(yùn)行在電能質(zhì)量治理模式，滿足測(cè)試無功補(bǔ)償及諧波治理功能的需求。

? 能量路由器模式：通過本平臺(tái)的DC/DC和DC/AC開關(guān)進(jìn)行組合后，設(shè)置DC/DC負(fù)載側(cè)控制不同電壓輸出，用來測(cè)試能量路由器電能變換、變壓、變流和電能質(zhì)量控制等不同功能。

? 串/并聯(lián)切換模式：對(duì)多組DC/DC和DC/AC的開關(guān)進(jìn)行串并聯(lián)級(jí)聯(lián)測(cè)試，測(cè)試不同應(yīng)用模式下直流源直接經(jīng)逆變并網(wǎng)和通過DC/DC升壓之后再逆變并網(wǎng)整體效率及控制方法的不同。

開放式交直流電力電子研究與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以方便的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)參數(shù)的變化，有利于用戶對(duì)自己的控制策略和控制算法的檢驗(yàn)。另外，為了方便用戶的研究使用，本系統(tǒng)提供多種產(chǎn)品典型應(yīng)用程序包，可以方便用戶快速搭建不同場(chǎng)景研究試驗(yàn)系統(tǒng)，縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本。

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