研旭著力于嵌入式領域、電氣領域進行上下游產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售

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SOLUTION

YX-GPV1000基于模型設計光伏發(fā)電創(chuàng)新實訓平臺

關鍵詞：

所屬分類：

新工科實訓平臺

光伏發(fā)電教學科研實訓平臺

新工科教學科研實訓實驗臺

光伏發(fā)電教學科研實訓平臺

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方案介紹

一、現(xiàn)代電力電子技術發(fā)展闡述

1.1 電力電子在現(xiàn)代工業(yè)中的重要角色

電力電子技術作為門新興的交叉學科，在能源革命中扮演著重要角色，電力電子技術的應用必須要進行相應的充分準備才能將其優(yōu)勢發(fā)揮到最大，否則該技術的潛能不能得到工程技術人員的深刻認識，或者預期的節(jié)能效果也可能會因為錯誤的參數(shù)設置而無法實現(xiàn)。
現(xiàn)代工業(yè)對電氣工程技術人員的專業(yè)素質(zhì)提出越來越高的要求，電力電子專業(yè)人員不僅要具備扎實的理論知識、全面的計劃能力，還要掌握接線和參數(shù)設置等實踐技能。因此，面向技術應用的高等工程必須要強調(diào)實踐導向。

1.2 現(xiàn)代電氣傳動技術的開發(fā)和分析工具

為了應對技術變革帶來的挑戰(zhàn)，現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)迫切需要高素質(zhì)的工程技術人才，除了掌握扎實的專業(yè)知識，他們還要熟悉并掌握在工程技術中廣泛應用的高效工具的使用方法。在全球范圍內(nèi)，Matlab®/ Simulink®編程語言已成為科學技術計算和仿真的行業(yè)標準。借助Matlab®/ Simulink®高級語言及其數(shù)值計算、可視化和編程等交互環(huán)境，驅(qū)動控制技術的開發(fā)周期得到大幅縮短。當前，電力電子技術的應用范圍正在不斷擴大。這些工業(yè)化的工具使用過程十分復雜，因此必須通過理論聯(lián)系實際的方式，特別是借助實驗系統(tǒng)和“半實物仿真”的實驗方式，進行系統(tǒng)地傳授和學習。在培養(yǎng)未來工程師的方面，全世界的高等院校都有義不容辭的責任。

1.3 基于模型開發(fā)MBD半實物仿真

研旭驅(qū)動控制器可通過編程接口實現(xiàn)自由編程。借助YXSPACE-SP1000實驗系統(tǒng)可在Matlab®/Simulink®中實現(xiàn)復雜變速驅(qū)動的快速仿真，然后將生成的代碼程序?qū)懭腧?qū)動控制器中。在可變負載條件下，學生還可以使用拓展工具對系統(tǒng)進行復雜分析。Matlab®/Simulink®是高等院校廣泛使用的實驗和科研軟件，研旭電力電子實驗系統(tǒng)實現(xiàn)驅(qū)動硬件系統(tǒng)與該軟件的實時互動操作，為電力電子和驅(qū)動技術實驗教學和科研提供了一種新方式。

二、光伏發(fā)電系統(tǒng)技術

光伏發(fā)電指采用光伏組件，將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能的分布式發(fā)電系統(tǒng)。它是一種新型的、具有廣闊發(fā)展前景的發(fā)電及能源綜合利用方式，它倡導就近發(fā)電，就近并網(wǎng)，就近轉(zhuǎn)換，就近使用的原則，不僅能夠有效提高同等規(guī)模光伏電站的發(fā)電量，同時還有效解決了電力在升壓及長途運輸中的損耗問題。

分布式光伏發(fā)電對電網(wǎng)的規(guī)劃、并網(wǎng)方式、電能質(zhì)量繼電保護等都有影響。需要制定合理的分布式光伏發(fā)電管理方式，保證電網(wǎng)的安全運行。
光伏發(fā)電系統(tǒng)部分主要包括：
1.光伏陣列PV模擬源或者太陽能組件電池板：
2.直流電源或光伏板發(fā)出的電接入光伏并網(wǎng)逆變器；
3.光伏并網(wǎng)逆變器將直流電逆變?yōu)榉喜⒕W(wǎng)要求的交流電，饋入主網(wǎng)；
4.監(jiān)控前臺，主要由工控機、顯示器、上位機應用軟件組成，實現(xiàn)對PV模擬源、逆變器等設備的數(shù)據(jù)監(jiān)控以及記錄保存；

三、系統(tǒng)特點

系統(tǒng)采用光伏模擬電源，模擬光伏電源的IV輸出，方便在室內(nèi)條件下靈活做相關的實驗。
系統(tǒng)中的DC-AC變流器，既可以連接電網(wǎng)，也可以接入負載，兼具并網(wǎng)和離網(wǎng)兩種運行方式。
提供兩種控制器選擇（默認為RCP模型控制），DSP編程和RCP模型控制（Simulink快速原型開發(fā)），兩種模式可應用于不同的開發(fā)階段和實驗場景，優(yōu)勢互補。
DSP模式下，可通過C代碼編程方式實現(xiàn)變流模塊的電能變換、故障保護、UI交互以及模式策略的變更等，熟悉掌握工業(yè)控制的開發(fā)流程。
RCP模式下，可通過Simiulink模型配合上位機實時控制系統(tǒng)完成變流模塊的控制功能，圖形化的控制方式更容易上手，實時交互調(diào)試模式使核心算法的調(diào)試更為有效便捷。
提供整體系統(tǒng)的Simulink離線仿真模型，可與實際物理設備一一對應，對比運行效果。
整體系統(tǒng)采用開源模式，提供完整的硬件原理圖、接口圖、DSP軟件源代碼、Similink完整可運行模型。具備非常靈活的二次開發(fā)的基礎，方便做各類教學和科研實驗。

四、系統(tǒng)組成

YX-GPV1000基于模型設計光伏發(fā)電實訓平臺組成主要包括：
（1）光伏PV陣列模擬電源；
（2）接口測量箱
（3）SP1000PLUS快速原型控制器
（4）交流負載及配電箱
（5）光伏DC-DC-AC雙級變流模塊
（6）柜體及配件
（7）配套的Simulink/DSP例程及軟硬件開源資料。

五、實驗內(nèi)容：

5.1 Matlab/Simulink軟件仿真基礎
1、電力電子技術概念
2、電力電子器件概述
3、Matlab及Simulink介紹
4、PWM的基本原理和控制方法
5、PWM在Simulink的生成
6、SPWM的基本原理和控制方法
7、SPWM在Simulink的生成
5.2 基于模型開發(fā)（MBD）半實物仿真介紹
1、基于模型開發(fā)（MBD）理念介紹
2、快速原型控制器（RCP）介紹
3、RCP控制器與matlab對接操作
5.3 光伏發(fā)電系統(tǒng)介紹
1、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)組成
2、光伏發(fā)電原理認知與特性曲線
3、光伏組件串并聯(lián)輸出特性
4、光伏組件特性曲線模擬試驗
5、開路電壓、短路電流、填充因子，光照度、溫度的關系
5.4 光伏直流-交流雙級逆變并網(wǎng)實驗
1、光伏DC-DC-AC并網(wǎng)逆變離線仿真實驗
2、半實物控制-模擬量電壓、電流采集實驗
3、半實物控制-光伏離網(wǎng)逆變開環(huán)控制實驗
4、半實物控制-光伏并網(wǎng)外環(huán)電壓PI算法及控制實驗
5、半實物控制-光伏并網(wǎng)內(nèi)環(huán)電流PI算法及控制實驗
5.5 光伏發(fā)電系統(tǒng)綜合實驗
1、光伏離網(wǎng)逆變帶負載閉環(huán)控制實驗
2、光伏并網(wǎng)逆變最大功率跟蹤MPPT實驗

6 快速原型控制器（RCP）

采用目前市面成品常用的控制芯片作為CPU，其仿真結果針對實際研究更具有參考性；
保護機制齊全，此部分不需要用戶實際搭建保護模型，只需配置控制量的極限值即可實現(xiàn)實時保護，讓用戶不用為安全保護費心，更多的關注于核心控制算法；
模型與硬件接口鏈接簡單，只需記住端口編號即可，更不用配置硬件各類細節(jié)，免去一切不必要的麻煩；
具備自主編寫的驅(qū)動庫，可以直接導入到Simulink庫中，用戶可以直接在Matlab軟件中拖動相應的硬件元件庫，將模型中的數(shù)據(jù)直接與硬件對接，無需再花費時間去查詢硬件映射。8種庫文件，可適用于各種工程調(diào)試需求。

YXSPACE-VIEW軟件

VIEW軟件中包含控制器設置以及組態(tài)區(qū)。其中控制器設置界面共有4類控制器設置，包括仿真步長設置，DO控制源設置，QEP/CAP模式設置，PWM模塊設置。組態(tài)區(qū)主要包括功能按鈕、組態(tài)控件、工作區(qū)等。

創(chuàng)新的交互式實驗課程軟件，提供進行實驗所需的各種支持。它不僅提供實驗過程指導，還提供相關理論知識講解介紹，記錄測量結果，并可導出各類數(shù)據(jù)。
實驗課程軟件需集成所有的實驗例程，統(tǒng)一在一個軟件中運行，可一鍵打開，自動完成程序的下載、仿真以及數(shù)據(jù)的在線觀測。
實驗課程軟件需提供進行實驗所需的各種支持。包括但不限于實驗指導書，相關理論知識講解、自動記錄實驗過程中的各種數(shù)據(jù)，導出各類數(shù)據(jù)。
支持Matlab運行環(huán)境及Simulink實驗仿真模型，結合實驗課程，可直接一鍵打開模型并自動搭建UI界面，提供離線模式和在線模型，可直接進行仿真實驗驗證。
每一個例程都提供離線仿真模型和實物控制模型，學生導入模型，進行虛擬仿真和實物控制的實驗驗證。

7 桌面型功率模塊YXPHM

YXPHM系列采用基于模型設計的理念，脫胎于研旭成熟產(chǎn)品光伏并網(wǎng)逆變器與風機變流器等成熟產(chǎn)品，又結合了研旭多年的模塊化組件與開放式平臺研發(fā)經(jīng)驗，對該拓撲結構與驅(qū)動電路、傳感器電路、信號處理電路進一步集成，同時提供實際控制器接口、快速原型控制器結構與實際控制器模塊，為用戶提供性價比更好的模塊化產(chǎn)品。

YXPHM多功能桌面型電力電子功率轉(zhuǎn)換平臺，采用積木式搭建形式，將功率轉(zhuǎn)換電路中的電感，電容，功率開關等器件方便的組合在一起，形成電力電子積木PEBB（Power Electronics Building Block）。

開發(fā)平臺包括硬件部分、軟件驅(qū)動，是針對高校開展電力電子技術研究推出的一種開放式的二次開發(fā)教學科研平臺。該平臺在硬件上采用分體化設計，控制板、采集板、功率板、電容板等模塊化，外殼采用透明的亞克力板材，美觀實用，用戶可以方便觀察內(nèi)部的硬件結構。同時頂蓋可以打開，方便進行相關信號的測量。

主要功能
1.模塊拓展：采用模塊化設計，用戶可以定制所需要的拓撲，提供開源軟件模塊，用戶可進行二次開發(fā)?？蛇M行多種拓撲定制：
2.開放設計：開放給用戶硬件原理圖、硬件設計說明以及軟件模塊如底層驅(qū)動，控制算法等。
3.安全穩(wěn)定：設計了健全的保護機制，軟件方面有過壓保護、欠壓保護、過流速斷保護、IGBT過熱保護、通訊保護等；硬件方面有短路保護、IGBT過流保護等。
4.半實物仿真：方便與研旭YXspace控制器、NI控制器、RT-LAB控制器、dSPACE控制器等數(shù)字實時仿真器對接，可提供相應的數(shù)字轉(zhuǎn)接板，免去客戶硬件設計之憂。

主控CPU采用目前流行的DSP，型號為TI公司的TMS320F28335，其32位浮點處理能力，非常適用于變流器控制場合。通過傳感器分別采集三相交流電流、三相交流電壓、直流側電壓、電流以及溫度等信息送給DSP，然后DSP經(jīng)過特定的算法，輸出PWM調(diào)制波控制開關器件，從而可以實現(xiàn)直流變交流或者交流變直流能量雙向流動。除此之外，信號處理電路還預留的外部控制器接口，方便對接RCP控制器，如DSPACE、RT-LAB、SPEEDGOAT、PLEX、YXSPACE等。