微電網系統研究內容及實驗

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。

基于該平臺，新開的實驗項目具體包括以下幾大類：

一、光伏發電系統實驗

1）光伏系統整體原理認知實驗（基礎）

2）光伏模擬源操作實驗（基礎）

3）光伏變流器操作實驗（基礎）

4）模擬量電壓采集實驗（驗證）

5）光伏穩定直流電壓實驗（研究）

6）光伏恒功率并網實驗（研究）

7）光伏最大功率點跟蹤實驗（研究）

8）光伏并網運行控制策略實驗（創新）

9）控制采集板、驅動功率板等硬件原理實驗（開源）

10）DSP的入門、使用和燒寫實驗（開源）

11）CCS軟件使用（開源）

12）軟件開發流程講解（開源）

二、風力發電系統實驗

1）直驅式風力發電系統整體原理認知實驗（基礎）

2）自然風模擬操作實驗（基礎）

3）風力背靠背變流器操作實驗（基礎）

4）發電機轉速與輸出電壓關系實驗（驗證）

5）背靠背式變流器電壓采集實驗（驗證）

6）發電機標量式定功率并網實驗（驗證）

7）發電機矢量式MPPT并網實驗（研究）

8）背靠背變流器控制方法研究實驗（創新）

9）控制采集板、驅動功率板等板卡硬件原理（開源）

10）DSP的入門、使用和燒寫實驗（開源）

11）CCS軟件使用（開源）

12）軟件開發流程講解（開源）

三、儲能平臺實驗

1）儲能系統整體原理認知實驗（基礎）

2）BMS電池管理系統操作實驗（基礎）

3）雙向DC/AC恒流放電控制實驗（研究）

4）雙向DC/AC恒流充電控制實驗（研究）

5）雙向DC/AC恒功率放電控制實驗（研究）

6）雙向DC/AC恒功率充電控制實驗（研究）

7）雙向DC/AC能量自動雙向流動實驗（創新）

8）控制采集板、驅動功率板等板卡硬件原理（開源）

9）DSP的入門、使用和燒寫實驗（開源）

10）CCS軟件使用（開源）

11）軟件開發流程講解（開源）

四、Simunlink模型控制系統實驗

（1）電力電子基礎實驗

1）電力電子技術概念（基礎）

2）電力電子器件概述（基礎）

3）Matlab及Simulink介紹（研究）

（2）脈寬調制PWM

1）PWM的基本原理和控制方法（基礎）

2）PWM在Simulink的生成（研究）

3）SPWM的基本原理和控制方法（基礎）

4）SPWM在Simulink的生成（研究）

（3）DC-DC直流斬波

1）Boost升壓原理和功率硬件電路分析（基礎）

2）Boost升壓電路Simulink離線仿真實驗（研究）

3）Boost升壓電路半實物電力平臺仿真實驗（驗證）

4）Buck降壓原理和功率硬件電路分析（基礎）

5）Buck降壓電路Simulink離線仿真實驗（研究）

6）Buck降壓電路半實物電力平臺仿真實驗（驗證）

（4）AC-DC交流-直流整流

1） 單相全橋PWM整流原理和電路分析（基礎）

2） Simulink離線仿真--單相全橋PWM整流電路（研究）

3）快速原型控制仿真--單相全橋PWM整流電路（驗證）

（5）DC-AC直流-交流逆變

1） 單相全橋獨立逆變原理與電路分析（基礎）

2） Simulink離線仿真--單相全橋獨立逆變電路（研究）

3） 快速原型控制仿真--單相全橋獨立逆變電路（驗證）

4） 單相全橋并網逆變原理與電路分析（基礎）

5） Simulink離線仿真--單相全橋并網逆變電路（研究）

6） 快速原型控制仿真--單相全橋并網逆變電路（驗證）

五、微電網系統整體實驗

1）微電網系統整體原理認知實驗（基礎）

2）微電網系統整體操作實驗（基礎）

3）SCADA監控系統操作實驗（基礎）

4）能量調度系統操作實驗（基礎）

5）微電網并網運行實驗（研究）

6）微電網離網運行實驗（研究）

7）微電網并轉離運行實驗（創新）

8）微電網離轉并運行實驗（創新）

9）微電網孤島運行下負荷與母線變化關系實驗（研究）

10）微電網孤島運行下微源、負荷與儲能系統變化關系實驗（研究）

11）能量管理調度策略-系統出力控制（創新）

系統實驗室建設詳細技術方案

1.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。

2.系統特點

基于源-網-荷分布式新能源發電新型電力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、模擬負載、多元儲能等多種一次側設備的互聯，各個設備都單獨可控，通過工業通訊規約，實現四遙數據的控制。

（2）系統中既可包含交流母線，又可具備直流母線，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）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、用電計劃設定等。

（5）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。

3.系統架構

系統由發電側系列設備、儲能側系列設備、用電側系列設備、二次側控制設備、配電保護及測量設備等幾個部分組成，每個部分都可按照客戶的需求進行靈活搭配。

系統拓撲架構

新工科電力電子與電機控制教學實驗臺

YXMBD-TE1000

微電網項目案例圖集

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