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廣西大學電氣工程學院 新能源交直流微電網系統
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廣西大學電氣工程學院 新能源交直流微電網系統

微網技術為分布式發電技術及可再生能源發電技術的整合和利用提供了靈活、高效的平臺。微電網系統被視為未來智能電網的最重要一環,可以有效地實現電網側電力能量的轉移,實現能量的削峰填谷。
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廣西大學電氣工程學院電氣工程及其自動化專業(1938-至今)是國家特色專業、國家一流本科專業建設點。學院擁有國家級電氣工程實驗教學示范中心、廣西高校電力安全與新能源轉換控制重點實驗室等科研平臺。

 

 

學院擁有電氣工程廣西優勢特色重點學科、廣西大學電氣工程博士后科研流動站(2009)、廣西壯族自治區院士工作站(2014)、電氣工程一級學科博士點(含七個二級學科)、電氣工程一級學科碩士點(含六個二級學科)、能源與動力大類和電子信息大類專業學位點(電氣工程、控制工程方向)。

 

八十年來,學院為社會培養了博士、碩士、本科和??聘鞣N層次的人才17000余人。真可謂“桃李滿天下”。

 

 

一、背景介紹

 

隨著光伏、風電等可再生能源發電技術的發展,分布式發電日漸成為滿足負荷增長需求、提高能源綜合利用效率、提高供電可靠性的一種有效途徑,并在配電網中得到廣泛的應用。但分布式發電的大規模滲透也產生了一些負面影響,如單機接入成本較高、控制復雜、對大系統的電壓和頻率存在沖擊等。這限制了分布式發電的運行方式,削弱了其優勢和潛能。微網技術為分布式發電技術及可再生能源發電技術的整合和利用提供了靈活、高效的平臺。微電網系統被視為未來智能電網的最重要一環,可以有效地實現電網側電力能量的轉移,實現能量的削峰填谷。

 

二、系統特點

 

新能源交、直流微網系統實驗室建設主要針對新能源專業的老師/學生而開發的微電網科研/教學設備。系統的核心在于中央控制與能量調配,本系統采用集中管理的方式對一次側接入進行電能調度分配;

 

(1)可實現模擬光伏,模擬風電、蓄電池、超級電容、模擬負載、燃料電池、充電樁等多種一次側設備的互聯,各個設備都單獨可控,通過IEC61850規約,實現四遙數據的控制。

(2)系統中既包含交流母線,又具備直流母線,兩種母線混合在一起,可提供更多的研究實驗和更靈活的能量管理策略。

(3)可實現智能并離網(并網與孤島狀態)切換,既可以并網運行,也可以孤網運行,實現無縫切換,且多種運行模式相互自動或手動方式切換。各子系統可以獨立完成相關的實驗。

(4)集成并/離網切換、黑啟動、功率平滑、時移、故障診斷、離網功率平衡控制、有功/無功功率控制、電壓/頻率響應特性控制、保護等功能。

(5)實現微電網整體系統數據監控、數據采集、設備管理、功率控制、電能質量監測、能效評估、用電計劃設定,經濟性分析等。

(6)將接入微電網的負荷進行分級管理實時監測、顯示、記錄微網系統的工作狀態,具有本地監控和遠程監控兩種控制方式

(7)配置分級保護和計量裝置,在微電網內部故障、外部故障情況下,均保證其準確、快速動作,使系統安全運行。

(8)針對高校學生,充分考慮了學生的具體知識結構與層次,使得學生可以充分理解微電網的特點與結構;學生可以在本系統中進行系統的設計、安裝、軟件控制等多個專業的知識進行實訓。

(9)針對做科研的老師,開放部分一次側設備的軟硬件資料,包括板級硬件圖紙以及軟件驅動源代碼、算法源代碼等,開放上位機軟件的源代碼程序。提供整體的系統的基礎開發平臺,方便用戶二次開放,提供詳細而豐富的培訓課程,使用戶可快速入門并掌握整體系統,大大提高科研實驗的效率。

(10)自主研發的RCP快速原型仿真控制器,實現數字物理混合仿真。

 

 

三、系統架構

 

系統含模擬光伏發電系統、模擬直驅風力發電系統、雙向儲能變流器(PCS)、磷酸鐵鋰儲能系統、超級電容儲能系統、交流負載、直流負載、配電系統(并網接入柜)、能量管理系統、交流充電樁及測試負載、監控顯示平臺、電力電子實時仿真機、波形記錄儀等組成。整個系統能有機結合,且每個子系統均開放所有的檢測量及控制量,通信協議為Modbus RTU通信協議,以便接入綜合能源系統進行總體的能量控制。

 

智能微電網主控界面

 

微電網能量潮流界面

 

新能源交、直流微網系統拓撲圖

 

實驗室布置圖

 

四、研究內容及實驗

 

依托本實驗平臺,可以完成《電力電子技術》、《電力系統分析》、《供配電技術》、《電力系統繼電保護》、《電機控制技術》、《新能源發電技術》、《配電網絡》等教學實驗,還可以完成相關課程的課程設計、專業綜合設計、實踐創新設計、畢業設計和生產實習;同時,該平臺可作為“大學生電子設計大賽”“大學生挑戰杯”“互聯網+大學生創新創業大賽”等競賽的實訓平臺。此外,依托該平臺還可以開展與分布式電源并網和微電網系統相關的科研工作,培養一批面向智能微電網、新能源發電領域前沿科技的人才,滿足當前國內新能源發電產業的需求。

 

 

五、系統亮點介紹:

 

1)基于YXSPACE的功率級半實物原型仿真(PRCP)

 

                               

   系統全部變流器均采用快速原型控制器YXSPACE作為主控制器,分別是光伏DC-DC變流器、風機AC-AC背靠背變流器,儲能雙向DC-AC變流器(PCS),蓄電池DC-DC變流器,超級電容DC-DC變流器。YXSPACE控制器與各個功率硬件相連,通過matlab模型直接下載仿真,同時多個YXSPACE控制器相連,接受中央控制器的調度,從而實現整體系統的在線控制。

 

DC-AC Similink模型圖

 

采用電壓空間矢量控制算法,采集三相電網電壓、三相并網電流,直流電壓、直流電流等模擬量,進行有功、無功解耦,外環控制電壓、內環控制電流,最終計算輸出3組互補對稱SVPWM波形,驅動開關器件,從而實現并網逆變器功能。

 

通過SP2000軟件配置控制器為控制步長10KHz,PWM模式為互補對稱模式,死區1us等,如下圖所示設置界面:

 

 

然后在VIEW2000軟件通過示波器控件可以監控到電壓電壓波形、并網電流波形、直流電壓和直流電流波形,同時可以通過遙調控件告知模型控制有功、無功值等,如下界面所示:

 

 

通過錄波功能,將實驗過程的數據可以保存下來, 利用MATLAB的plot描點工具,將原始數據以圖形形式展現出來,如下圖所示三相并網電流波,然后通過plot內部自帶的縮放、擴放等工具,可以對數據進行更加深入的分析。

 

 

同時可將模型內部關鍵節點數據采用模擬量方式進行真實DA信號輸出。   

 

     

 

 

2)開源式系統

 

提供開源式服務,系統中軟硬件均提供開源資料,便于用戶二次開發。包含硬件原理圖、電氣圖、軟件源代碼等,并提供相應的現場培訓和講解。

 

DSP工程源代碼

 

硬件原理圖

 

策略調度程序源代碼

 

六、現場圖片

 

 

 

 

 

 

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