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

解決方案

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解決方案

SOLUTION

YX-GPV1000基于模型設(shè)計(jì)光伏發(fā)電創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

關(guān)鍵詞：

所屬分類：

新工科實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

光伏發(fā)電教學(xué)科研實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

新工科教學(xué)科研實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)

光伏發(fā)電教學(xué)科研實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

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方案介紹

一、現(xiàn)代電力電子技術(shù)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(shù)作為門新興的交叉學(xué)科，在能源革命中扮演著重要角色，電力電子技術(shù)的應(yīng)用必須要進(jìn)行相應(yīng)的充分準(zhǔn)備才能將其優(yōu)勢發(fā)揮到最大，否則該技術(shù)的潛能不能得到工程技術(shù)人員的深刻認(rèn)識(shí)，或者預(yù)期的節(jié)能效果也可能會(huì)因?yàn)殄e(cuò)誤的參數(shù)設(shè)置而無法實(shí)現(xiàn)。
現(xiàn)代工業(yè)對(duì)電氣工程技術(shù)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(shí)的理論知識(shí)、全面的計(jì)劃能力，還要掌握接線和參數(shù)設(shè)置等實(shí)踐技能。因此，面向技術(shù)應(yīng)用的高等工程必須要強(qiáng)調(diào)實(shí)踐導(dǎo)向。

1.2 現(xiàn)代電氣傳動(dòng)技術(shù)的開發(fā)和分析工具

為了應(yīng)對(duì)技術(shù)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(shù)人才，除了掌握扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，他們還要熟悉并掌握在工程技術(shù)中廣泛應(yīng)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(xué)技術(shù)計(jì)算和仿真的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。借助Matlab®/ Simulink®高級(jí)語言及其數(shù)值計(jì)算、可視化和編程等交互環(huán)境，驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)的開發(fā)周期得到大幅縮短。當(dāng)前，電力電子技術(shù)的應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)大。這些工業(yè)化的工具使用過程十分復(fù)雜，因此必須通過理論聯(lián)系實(shí)際的方式，特別是借助實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和“半實(shí)物仿真”的實(shí)驗(yàn)方式，進(jìn)行系統(tǒng)地傳授和學(xué)習(xí)。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(zé)任。

1.3 基于模型開發(fā)MBD半實(shí)物仿真

研旭驅(qū)動(dòng)控制器可通過編程接口實(shí)現(xiàn)自由編程。借助YXSPACE-SP1000實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可在Matlab®/Simulink®中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜變速驅(qū)動(dòng)的快速仿真，然后將生成的代碼程序?qū)懭腧?qū)動(dòng)控制器中。在可變負(fù)載條件下，學(xué)生還可以使用拓展工具對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)雜分析。Matlab®/Simulink®是高等院校廣泛使用的實(shí)驗(yàn)和科研軟件，研旭電力電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)硬件系統(tǒng)與該軟件的實(shí)時(shí)互動(dòng)操作，為電力電子和驅(qū)動(dòng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研提供了一種新方式。

二、光伏發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)

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(dǎo)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(shí)還有效解決了電力在升壓及長途運(yùn)輸中的損耗問題。

分布式光伏發(fā)電對(duì)電網(wǎng)的規(guī)劃、并網(wǎng)方式、電能質(zhì)量繼電保護(hù)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(yùn)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(tái)，主要由工控機(jī)、顯示器、上位機(jī)應(yīng)用軟件組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)PV模擬源、逆變器等設(shè)備的數(shù)據(jù)監(jiān)控以及記錄保存；

三、系統(tǒng)特點(diǎn)

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(guān)的實(shí)驗(yàn)。
系統(tǒng)中的DC-AC變流器，既可以連接電網(wǎng)，也可以接入負(fù)載，兼具并網(wǎng)和離網(wǎng)兩種運(yùn)行方式。
提供兩種控制器選擇（默認(rèn)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(yīng)用于不同的開發(fā)階段和實(shí)驗(yàn)場景，優(yōu)勢互補(bǔ)。
DSP模式下，可通過C代碼編程方式實(shí)現(xiàn)變流模塊的電能變換、故障保護(hù)、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(jī)實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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(shí)際物理設(shè)備一一對(duì)應(yīng)，對(duì)比運(yùn)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(yùn)行模型。具備非常靈活的二次開發(fā)的基礎(chǔ)，方便做各類教學(xué)和科研實(shí)驗(yàn)。

四、系統(tǒng)組成

YX-GPV1000基于模型設(shè)計(jì)光伏發(fā)電實(shí)訓(xùn)平臺(tái)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(fù)載及配電箱
（5）光伏DC-DC-AC雙級(jí)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

5.1 Matlab/Simulink軟件仿真基礎(chǔ)
1、電力電子技術(shù)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(shí)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(duì)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(rèn)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(yàn)
5、開路電壓、短路電流、填充因子，光照度、溫度的關(guān)系
5.4 光伏直流-交流雙級(jí)逆變并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)
1、光伏DC-DC-AC并網(wǎng)逆變離線仿真實(shí)驗(yàn)
2、半實(shí)物控制-模擬量電壓、電流采集實(shí)驗(yàn)
3、半實(shí)物控制-光伏離網(wǎng)逆變開環(huán)控制實(shí)驗(yàn)
4、半實(shí)物控制-光伏并網(wǎng)外環(huán)電壓PI算法及控制實(shí)驗(yàn)
5、半實(shí)物控制-光伏并網(wǎng)內(nèi)環(huán)電流PI算法及控制實(shí)驗(yàn)
5.5 光伏發(fā)電系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)
1、光伏離網(wǎng)逆變帶負(fù)載閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)
2、光伏并網(wǎng)逆變最大功率跟蹤MPPT實(shí)驗(yàn)

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(jié)果針對(duì)實(shí)際研究更具有參考性；
保護(hù)機(jī)制齊全，此部分不需要用戶實(shí)際搭建保護(hù)模型，只需配置控制量的極限值即可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)保護(hù)，讓用戶不用為安全保護(hù)費(fèi)心，更多的關(guān)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(hào)即可，更不用配置硬件各類細(xì)節(jié)，免去一切不必要的麻煩；
具備自主編寫的驅(qū)動(dòng)庫，可以直接導(dǎo)入到Simulink庫中，用戶可以直接在Matlab軟件中拖動(dòng)相應(yīng)的硬件元件庫，將模型中的數(shù)據(jù)直接與硬件對(duì)接，無需再花費(fèi)時(shí)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(shè)置以及組態(tài)區(qū)。其中控制器設(shè)置界面共有4類控制器設(shè)置，包括仿真步長設(shè)置，DO控制源設(shè)置，QEP/CAP模式設(shè)置，PWM模塊設(shè)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(shí)驗(yàn)課程軟件，提供進(jìn)行實(shí)驗(yàn)所需的各種支持。它不僅提供實(shí)驗(yàn)過程指導(dǎo)，還提供相關(guān)理論知識(shí)講解介紹，記錄測量結(jié)果，并可導(dǎo)出各類數(shù)據(jù)。
實(shí)驗(yàn)課程軟件需集成所有的實(shí)驗(yàn)例程，統(tǒng)一在一個(gè)軟件中運(yùn)行，可一鍵打開，自動(dòng)完成程序的下載、仿真以及數(shù)據(jù)的在線觀測。
實(shí)驗(yàn)課程軟件需提供進(jìn)行實(shí)驗(yàn)所需的各種支持。包括但不限于實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，相關(guān)理論知識(shí)講解、自動(dòng)記錄實(shí)驗(yàn)過程中的各種數(shù)據(jù)，導(dǎo)出各類數(shù)據(jù)。
支持Matlab運(yùn)行環(huán)境及Simulink實(shí)驗(yàn)仿真模型，結(jié)合實(shí)驗(yàn)課程，可直接一鍵打開模型并自動(dòng)搭建UI界面，提供離線模式和在線模型，可直接進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
每一個(gè)例程都提供離線仿真模型和實(shí)物控制模型，學(xué)生導(dǎo)入模型，進(jìn)行虛擬仿真和實(shí)物控制的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

7 桌面型功率模塊YXPHM

YXPHM系列采用基于模型設(shè)計(jì)的理念，脫胎于研旭成熟產(chǎn)品光伏并網(wǎng)逆變器與風(fēng)機(jī)變流器等成熟產(chǎn)品，又結(jié)合了研旭多年的模塊化組件與開放式平臺(tái)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)電路、傳感器電路、信號(hào)處理電路進(jìn)一步集成，同時(shí)提供實(shí)際控制器接口、快速原型控制器結(jié)構(gòu)與實(shí)際控制器模塊，為用戶提供性價(jià)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(tái)，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(guān)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(tái)包括硬件部分、軟件驅(qū)動(dòng)，是針對(duì)高校開展電力電子技術(shù)研究推出的一種開放式的二次開發(fā)教學(xué)科研平臺(tái)。該平臺(tái)在硬件上采用分體化設(shè)計(jì)，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(shí)用，用戶可以方便觀察內(nèi)部的硬件結(jié)構(gòu)。同時(shí)頂蓋可以打開，方便進(jìn)行相關(guān)信號(hào)的測量。

主要功能
1.模塊拓展：采用模塊化設(shè)計(jì)，用戶可以定制所需要的拓?fù)?，提供開源軟件模塊，用戶可進(jìn)行二次開發(fā)?？蛇M(jìn)行多種拓?fù)涠ㄖ疲?br data-filtered="filtered" /> 2.開放設(shè)計(jì)：開放給用戶硬件原理圖、硬件設(shè)計(jì)說明以及軟件模塊如底層驅(qū)動(dòng)，控制算法等。
3.安全穩(wěn)定：設(shè)計(jì)了健全的保護(hù)機(jī)制，軟件方面有過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過流速斷保護(hù)、IGBT過熱保護(hù)、通訊保護(hù)等；硬件方面有短路保護(hù)、IGBT過流保護(hù)等。
4.半實(shí)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(shí)時(shí)仿真器對(duì)接，可提供相應(yīng)的數(shù)字轉(zhuǎn)接板，免去客戶硬件設(shè)計(jì)之憂。

主控CPU采用目前流行的DSP，型號(hào)為TI公司的TMS320F28335，其32位浮點(diǎn)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(cè)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(guān)器件，從而可以實(shí)現(xiàn)直流變交流或者交流變直流能量雙向流動(dòng)。除此之外，信號(hào)處理電路還預(yù)留的外部控制器接口，方便對(duì)接RCP控制器，如DSPACE、RT-LAB、SPEEDGOAT、PLEX、YXSPACE等。

8 光伏電池陣列模擬電源

PV模擬源是一種可模擬光伏板IV曲線的可編程直流電源，可代理太陽能組件，實(shí)現(xiàn)模擬光伏電源的IV輸出，方便在室內(nèi)條件下靈活做相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。

1)可模擬太陽能電池板輸出特性
2)可模擬不同光照和溫度下的I-V曲線
3)可測試靜態(tài)和動(dòng)態(tài)下的MPPT情況
4)MPPT工作點(diǎn)實(shí)時(shí)顯示于上位機(jī)軟件上
5)具有恒功率模式
6)穩(wěn)壓精度高、紋波電壓低
7)采用高速DSP進(jìn)行PID運(yùn)算，直接輸出PWM