一、現(xiàn)代電力電子技術(shù)發(fā)展闡述

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，或者預(yù)期的節(jié)能效果也可能會因為錯誤的參數(shù)設(shè)置而無法實現(xiàn)。?

現(xiàn)代工業(yè)對電氣工程技術(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的理論知識、全面的計劃能力，還要掌握接線和參數(shù)設(shè)置等實踐技能。因此，面向技術(shù)應(yīng)用的高等工程必須要強(qiáng)調(diào)實踐導(dǎo)向。

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實驗系統(tǒng)可在Matlab?/Simulink?中實現(xiàn)復(fù)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(fù)載條件下，學(xué)生還可以使用拓展工具對系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)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(shù)實驗教學(xué)和科研提供了一種新方式。

二、多能源混合儲能介紹

在微電網(wǎng)系統(tǒng)中，混合儲能系統(tǒng)被用于改善可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的性能，維持網(wǎng)內(nèi)的整體功率平衡。常見的儲能器件按照功能來劃分可分為功率型和能量型器件:前者功率密度大，響應(yīng)速度快，但能量密度小，只適用于平抑瞬時功率波動，代表性器件有超級電容、飛輪儲能和超導(dǎo)儲能等;后者能量密度大，但動態(tài)響應(yīng)能力差，循環(huán)次數(shù)有限，適用于平滑長時間的平均功率波動，常見的有電池儲能、壓縮空氣儲能和氫儲能等。

當(dāng)前沒有單--儲能器件能同時滿足高功率密度、高能量密度、動態(tài)響應(yīng)快和循環(huán)壽命長等要求，因此將具有不同特性的儲能器件組合起來形成混合儲能系統(tǒng)(Hybrid Energy Storage System,HESS)，以提升儲能系統(tǒng)的整體性能，降低系統(tǒng)建設(shè)成本。

目前最常用的混合儲能系統(tǒng)是由超級電容和電池構(gòu)成的。超級電容用來平抑瞬時功率波動，電池用來平滑長時間尺度的平均功率需求。通過這種方式，可以充分發(fā)揮超級電容和電池各自的優(yōu)勢，平滑電池的充放電電流,減少充放電次數(shù)，從而延長電池的使用壽命;同時，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)能力也能得到顯著提升。由于混合儲能系統(tǒng)集成了多種具有不同特性的儲能器件，因此控制方法成為了能否充分發(fā)揮各類儲能器件優(yōu)勢、維持其安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

由于混合儲能系統(tǒng)集成了多種具有不同特性的儲能器件，因此控制方法成為了能否充分發(fā)揮各類儲能器件優(yōu)勢、維持其安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵?；诖松涎芯繂栴}，南京研旭搭建了基于模型控制的混合儲能集控系統(tǒng)二次開發(fā)科研平臺，提供完整的硬件和軟件模型代碼。

三、系統(tǒng)組成：

1、SP6000/SP2000快速原型控制器（一控多）

2、雙向DC-DC鋰電池變流器

3、雙向DC-DC超級電容變流器

4、雙向DC-AC變流器（單相/三相可選）

5、磷酸鐵鋰電池組（含BMS管理系統(tǒng)）

6、超級電容電池組（含CMS管理系統(tǒng)）

7、配電、變壓器、負(fù)載等

8、顯示器電腦

四、驗證實驗

混合儲能系統(tǒng)的基本控制思想是將儲能系統(tǒng)需補(bǔ)償?shù)闹绷魑⒕W(wǎng)內(nèi)不平衡功率按照頻率高低進(jìn)行分解。其中，低頻段的平均功率波動幅值小，但持續(xù)時間長，需補(bǔ)償?shù)哪芰看?，因此適合電池這類能量型儲能器件補(bǔ)償;高頻段的瞬時功率波動幅值大，但持續(xù)時間短，往往是亳秒級，因而需要超級電容這類功率型器件進(jìn)行平抑。由此可知，合理的功率解策略是混合儲能系統(tǒng)控制的關(guān)鍵。

驗證實驗1：基于低通濾波法的混合儲能集中式功率分配策略驗證

試驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)同圖2， DC-AC雙向變流器在整流模式下以下垂控制模式運(yùn)行，混合儲能裝置采用基于低通濾波法的集中式功率分配策略。

母線電壓設(shè)置參考值，設(shè)置DC-AC下垂系數(shù)，濾波時間常數(shù)設(shè)置為0.5，設(shè)置負(fù)載的功率初始值，并于10s后突增一點(diǎn)的功率，持續(xù)10s后突減至一定功率，并重復(fù)該過程。該過程中系統(tǒng)母線電壓及混合儲能的輸出電流的變化趨勢。

通過該試驗系統(tǒng)初步實現(xiàn)了不同電源之間通過下垂控制進(jìn)行功率分配，其中鋰電池采用虛擬電阻下垂，能夠響應(yīng)系統(tǒng)中功率波動的低頻分量；超級電容器采用虛擬電容下垂控制，能夠較好的響應(yīng)系統(tǒng)中功率波動的高頻分量。

驗證實驗2：基于虛擬阻容下垂控制的混合儲能分散式功率分配策略驗證

試驗系統(tǒng)由電網(wǎng)、DC-AC/DC-DC變流器、可變電阻負(fù)載及鋰電池同超級電容器組成的混合儲能等構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。DC-AC變流器及混合儲能DC/DC變流器均采用RCP控制。DC-AC雙向變流器在整流模式下以下垂控制模式運(yùn)行，混合儲能裝置采用虛擬阻容下垂控制。

母線電壓設(shè)置參考值，設(shè)置DC-AC下垂系數(shù)，鋰電池的虛擬電阻下垂系數(shù)為0.5，超級電容器的虛擬電容下垂系數(shù)為1，設(shè)置負(fù)載的功率初始值，并于10s后突增一點(diǎn)的功率，持續(xù)10s后突減至一定功率，并重復(fù)該過程。該過程中系統(tǒng)母線電壓及三個電源電流的變化趨勢如圖3.49和圖3.50所示。

該試驗系統(tǒng)初步實現(xiàn)了不同電源之間通過下垂控制進(jìn)行功率分配，其中鋰電池采用虛擬電阻下垂，能夠響應(yīng)系統(tǒng)中功率波動的低頻分量；超級電容器采用虛擬電容下垂控制，能夠較好的響應(yīng)系統(tǒng)中功率波動的高頻分量。

Simulink模型：

快速原型控制器運(yùn)行界面：

設(shè)備運(yùn)行界面：

五、系統(tǒng)特點(diǎn)

系統(tǒng)特點(diǎn)：

• 系統(tǒng)采用真實鋰電池儲能和超級電容系統(tǒng)，磷酸鐵鋰電池/超級電容的充電/放電、電池管理系統(tǒng)BMS控制均達(dá)到工業(yè)儲能系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。

• 系統(tǒng)包含雙向DC-DC變流器和雙向DC-AC變流器，可滿足常規(guī)的直流母線變流系統(tǒng)和交流母線變流系統(tǒng)。

• 控制器兼具2種控制方式：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)階段和實驗場景，優(yōu)勢互補(bǔ)。

• 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(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。

• RCP一控多，同時控制多個變流驅(qū)動器，可實現(xiàn)驗證各種算法功能，實時控制，在線調(diào)參，提供完整控制模型。

• 提供整體系統(tǒng)的Simulink離線仿真模型，可與實際物理設(shè)備一一對應(yīng)，對比運(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)和科研實驗。

六、設(shè)備介紹：

6.1? YXSPACE系列快速原型控制器

YXSPACE產(chǎn)品系列能夠?qū)⒂脩粼O(shè)計的圖形化的高級語言編寫的控制算法（Simulink）轉(zhuǎn)換成DIDO、AIAO量，完成實際硬件控制。其基本控制框圖如下所示：

控制算法模型一般采用Matlab中的Simulink工具搭建，將模型中的接口與硬件驅(qū)動接口綁定后，再結(jié)合TI公司的CCS編譯工具產(chǎn)生可執(zhí)行文件，下載至YXSPACE控制器中運(yùn)行。

研旭YXSPACE-VIEW2000軟件主要用于配置YXSPACE控制器工作模式，同時可以實時監(jiān)測控制過程中的各類運(yùn)行量，包括采集量、中間控制變量等。YXSPACE-VIEW2000包括了6類組態(tài)控件，分別為遙控控件、遙信控件、遙調(diào)控件、遙測控件、示波器控件以及文字編輯控件等。用戶可以借助這些控件，直觀、方便的搭建監(jiān)控界面，監(jiān)控控制器內(nèi)部運(yùn)行的詳細(xì)信息。

6.2 桌面型功率模塊YXPHM

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(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)平臺包括硬件部分、軟件驅(qū)動，是針對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。該平臺在硬件上采用分體化設(shè)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(jié)構(gòu)。同時頂蓋可以打開，方便進(jìn)行相關(guān)信號的測量。

6.3 磷酸鐵鋰電池組（含BMS管理系統(tǒng)）

磷酸鐵鋰電池組由3.2v50AH鋰電池模塊組成，多個電池串聯(lián)。

（1）產(chǎn)品特點(diǎn)

1）電池正極采用磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)材料制作，安全性能好、循環(huán)壽命長；

2）電池系統(tǒng)采用高性能的專用BMS電池管理模塊，該BMS具備電壓、電流、溫度等保護(hù)功能，并使用系統(tǒng)與主機(jī)良好通訊；

3）監(jiān)控單元自動測量電池的充放電電流、充放電電壓、單體電芯表面溫度和環(huán)境溫度；

4）二次下電功能，電池電壓低于告警值有告警信息，電壓過低時自動下電，保護(hù)電池；

5）系統(tǒng)具有良好的電磁兼容性；

6）全智能設(shè)計，配置有集中監(jiān)控模塊，具有四要（遙測、遙信、遙控和遙調(diào)）功能，實現(xiàn)計算機(jī)管理，可以通過與遠(yuǎn)端中央監(jiān)控中心通信；

7）電源控制技術(shù)與計算機(jī)結(jié)合，可以實時監(jiān)測和控制各種參數(shù)及狀態(tài)；

8）采用自冷方式，整個系統(tǒng)具有極低的噪音。

6.4 超級電容組（含CMS管理系統(tǒng)）

超級電容組是由多組48V，165F電容模塊組成，可為系統(tǒng)提供瞬間功率支撐。

（2）48V 165F模組參數(shù)

六、實物圖片：