開放式交直流電力電子研究與實驗平臺

開放式交直流電力電子研究與實驗平臺

一、概述

開放式交直流電力電子研究與實驗平臺可以廣泛應用于科研單位、教學機構、高級電工培訓中心等場合。平臺中直流側可接入模擬直流電源，用于模擬光伏發電和儲能系統，交流側可并入三相電網，變流器可以并網運行或離網運行，可以有效模擬光伏逆變器、儲能變流器、電動汽車充電樁、電力電子變壓器等多類型裝置。

平臺電力電子技術實訓系統內容豐富，融合了當前的教學實驗理念和企業項目研發流程，具有模塊化、數字化、開放性等技術特點。

開放式交直流電力電子研究與實驗平臺的建設可以極大地提高高職院校、企業、科研院所等研究人員在新能源發電技術及電力電子與電能變化技術等方面的研究水平，節省成本，縮短研發周期，提高經濟效益。

本產品可以方便的監測系統參數的變化，有利于用戶對自己的控制策略和控制算法的檢驗。另外，為了方便用戶的使用，本系統提供多種產品典型應用程序包，可以方便用戶快速搭建不同場景研究實驗系統，縮短研發周期，降低研發成本。

二、平臺創新點

電力電子技術與電氣工程、信息工程、控制工程三大學科緊密交叉，是連接弱電和強電的橋梁，是目前最活躍、發展最快的新興學科之一，是新能源發電和電力傳動研究的關鍵技術，也是高等院校電氣信息類專業學生必須掌握的內容和技能。

高校電力電子技術課程涵蓋了器件、電路、控制等內容，電力電子實踐教學平臺應能適應科技、生產發展的需要。傳統廠家提供的逆變器、變流器等產品其主電路及控制算法均為封閉設計，可視性較差，且內部電路均已接好，無法更改內部拓撲和控制算法，極大的限制了學生創新開發思維，難以發揮學生主觀能動性。

開放式交直流電力電子研究與實驗平臺具有模塊化、數字化、開放性等特點，完全滿足本科生和研究生對相關實驗實訓要求，對教師的科研工作也有一定的幫助，滿足了學校教學、實驗、研究一體化需求。通過該平臺，學生可對完整的電力電子電路的結構基本原理建立一個較為全面的認識，對電力電子電路中的驅動電路、檢測電路、控制電路等內容有直觀的認識。

交直流透明化實驗平臺可以為企業研發交直流電力電子裝置提供通用研發、測試、驗證平臺,可以滿足企業對新產品研發的需求。

三、產品特點

交直流透明化實驗平臺產品內部包含有兩臺DC/DC和兩臺DC/AC變流器和測控監測機柜，具有以下性能特點：

? 高速DSP微處理器，純正弦輸出，穩定同步并網，輸出諧波量小，實現對系統的精確智能化控制；

? 寬直流輸入電壓范圍，提高發電效益；

? DSP數字化矢量控制，性能優異；

? 帶有工頻隔離變壓器，提高電力系統的安全性和穩定性；

? 采用Infineon低功耗IGBT作為系統能量轉換的主要開關器件，實現高系統功率運行；

? 全面完善的故障保護措施；

? 模塊化設計，便于安裝維護；

? 本地觸摸屏監控界面，實時顯示、操作便捷；

? 標配RS485通訊接口，采用MODBUS標準協議；

四、技術參數

DC/AC技術參數表              DC/DC技術參數表

五、典型應用

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

同時，隨著平臺應用開發的進展，根據市場需要我們將陸續推出更多的應用程序包，如：虛擬同步發電機模式、電能質量治理模式、串并聯切換模式、能量路由器模式等。

1. 基礎應用

?離網V/F控制模式：用戶根據負載應用需求配置輸出電壓，三相儲能變流器可實現滿載與空載之間的相互切換（220V）。

? 并網PQ控制模式：用戶根據功率應用需求配置輸出P與Q，變流器經220:380隔離變壓器后并網，測試變流器運行狀態。

? 并網定電壓充電控制模式：當直流側帶載時，可根據直流負載需求配置電壓給定值。使用三相儲能變流器工作于此模式時，配置直流側電壓給定模式，測試變流器運行狀態。

? 并網定電流充電控制模式：當帶載時，根據直流負載需求配置直流電壓給定值。應用三相儲能變流器工作于此模式時，配置直流側電流給定，測試變流器運行狀態。

? 直流側輸出穩壓控制模式：斬波變流器具有升壓功能，可根據負載應用需求配置輸出電壓。測試斬波變流器可靠性、穩定性及滿載與空載之間的相互切換時的響應能力。

? 電池側恒壓充電控制模式：斬波變流器具有降壓功能，用戶根據負載應用需求配置輸出電壓。測試斬波變流器可靠性、穩定性及滿載與空載之間的相互切換時的響應能力。

? 電池側恒流充電控制模式：斬波變流器具有恒流充放電功能，可根據負載應用需求配置直流輸出電流。測試斬波變流器運行狀態。

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

? 功率波動抑制控制模式：可利用超級電容的性能特點實現對電網能量進行管理，解決供電系統存在用電負荷和電能供應不平衡問題，以滿足電網峰值負荷的需要。

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

? 微電網并網工作模式：雙向DC/AC逆變器并網運行在P/Q模式下，可以測試微電網在并網模式下的運行控制方法和能量管理策略。

? 微電網離網工作模式：雙向DC/AC逆變器與電網斷開連接，運行在V/F模式下，通過協調控制維持微電網內部功率平衡，可以測試微電網在離網模式下的運行控制方法和能量管理策略。

變流器機柜 & 測控監測機柜

2. 高級應用

? 虛擬同步發電機模式：在DC/DC輸入側分別接入光伏和儲能電池，通過DC/AC逆變器接入電網，即可模擬虛擬同步發電機對控制方式及控制特性進行測試。

? 電能質量治理模式：通過DC/DC和DC/AC通過開關組合后，使用算法包設置DC/AC運行在電能質量治理模式，滿足測試無功補償及諧波治理功能的需求。

? 能量路由器模式：通過本平臺的DC/DC和DC/AC開關進行組合后，設置DC/DC負載側控制不同電壓輸出，用來測試能量路由器電能變換、變壓、變流和電能質量控制等不同功能。

? 串/并聯切換模式：對多組DC/DC和DC/AC的開關進行串并聯級聯測試，測試不同應用模式下直流源直接經逆變并網和通過DC/DC升壓之后再逆變并網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驗平臺可以方便的監測系統參數的變化，有利于用戶對自己的控制策略和控制算法的檢驗。另外，為了方便用戶的研究使用，本系統提供多種產品典型應用程序包，可以方便用戶快速搭建不同場景研究試驗系統，縮短研發周期，降低研發成本。

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