案例分享 | 广西大学电气工程学院 新能源交直流微电网系统

广西大学电气工程学院电气工程及其自动化专业（1938-至今）是国家特色专业、国家一流本科专业建设点。学院拥有国家级电气工程实验教学示范中心、广西高校电力安全与新能源转换控制重点实验室等科研平台。

学院拥有电气工程广西优势特色重点学科、广西大学电气工程博士后科研流动站（2009）、广西壮族自治区院士工作站（2014）、电气工程一级学科博士点（含七个二级学科）、电气工程一级学科硕士点（含六个二级学科）、能源与动力大类和电子信息大类专业学位点（电气工程、控制工程方向）。

八十年来，学院为社会培养了博士、硕士、本科和专科各种层次的人才17000余人。真可谓“桃李满天下”。

一、背景介绍

随着光伏、风电等可再生能源发电技术的发展，分布式发电日渐成为满足负荷增长需求、提高能源综合利用效率、提高供电可靠性的一种有效途径，并在配电网中得到广泛的应用。但分布式发电的大规模渗透也产生了一些负面影响，如单机接入成本较高、控制复杂、对大系统的电压和频率存在冲击等。这限制了分布式发电的运行方式，削弱了其优势和潜能。微网技术为分布式发电技术及可再生能源发电技术的整合和利用提供了灵活、高效的平台。微电网系统被视为未来智能电网的最重要一环，可以有效地实现电网侧电力能量的转移，实现能量的削峰填谷。

二、系统特点

新能源交、直流微网系统实验室建设主要针对新能源专业的老师/学生而开发的微电网科研/教学设备。系统的核心在于中央控制与能量调配，本系统采用集中管理的方式对一次侧接入进行电能调度分配；

（1）可实现模拟光伏，模拟风电、蓄电池、超级电容、模拟负载、燃料电池、充电桩等多种一次侧设备的互联，各个设备都单独可控，通过IEC61850规约，实现四遥数据的控制。

（2）系统中既包含交流母线，又具备直流母线，两种母线混合在一起，可提供更多的研究实验和更灵活的能量管理策略。

（3）可实现智能并离网（并网与孤岛状态）切换，既可以并网运行，也可以孤网运行，实现无缝切换，且多种运行模式相互自动或手动方式切换。各子系统可以独立完成相关的实验。

（4）集成并/离网切换、黑启动、功率平滑、时移、故障诊断、离网功率平衡控制、有功/无功功率控制、电压/频率响应特性控制、保护等功能。

（5）实现微电网整体系统数据监控、数据采集、设备管理、功率控制、电能质量监测、能效评估、用电计划设定，经济性分析等。

（6）将接入微电网的负荷进行分级管理实时监测、显示、记录微网系统的工作状态，具有本地监控和远程监控两种控制方式

（7）配置分级保护和计量装置，在微电网内部故障、外部故障情况下，均保证其准确、快速动作，使系统安全运行。

（8）针对高校学生，充分考虑了学生的具体知识结构与层次，使得学生可以充分理解微电网的特点与结构；学生可以在本系统中进行系统的设计、安装、软件控制等多个专业的知识进行实训。

（9）针对做科研的老师，开放部分一次侧设备的软硬件资料，包括板级硬件图纸以及软件驱动源代码、算法源代码等，开放上位机软件的源代码程序。提供整体的系统的基础开发平台，方便用户二次开放，提供详细而丰富的培训课程，使用户可快速入门并掌握整体系统，大大提高科研实验的效率。

（10）自主研发的RCP快速原型仿真控制器，实现数字物理混合仿真。

三、系统架构

系统含模拟光伏发电系统、模拟直驱风力发电系统、双向储能变流器（PCS）、磷酸铁锂储能系统、超级电容储能系统、交流负载、直流负载、配电系统（并网接入柜）、能量管理系统、交流充电桩及测试负载、监控显示平台、电力电子实时仿真机、波形记录仪等组成。整个系统能有机结合，且每个子系统均开放所有的检测量及控制量，通信协议为Modbus RTU通信协议，以便接入综合能源系统进行总体的能量控制。

智能微电网主控界面

微电网能量潮流界面

新能源交、直流微网系统拓扑图

实验室布置图

四、研究内容及实验

依托本实验平台，可以完成《电力电子技术》、《电力系统分析》、《供配电技术》、《电力系统继电保护》、《电机控制技术》、《新能源发电技术》、《配电网络》等教学实验，还可以完成相关课程的课程设计、专业综合设计、实践创新设计、毕业设计和生产实习；同时，该平台可作为“大学生电子设计大赛”“大学生挑战杯”“互联网+大学生创新创业大赛”等竞赛的实训平台。此外，依托该平台还可以开展与分布式电源并网和微电网系统相关的科研工作，培养一批面向智能微电网、新能源发电领域前沿科技的人才，满足当前国内新能源发电产业的需求。

五、系统亮点介绍：

1）基于YXSPACE的功率级半实物原型仿真（PRCP）

   系统全部变流器均采用快速原型控制器YXSPACE作为主控制器，分别是光伏DC-DC变流器、风机AC-AC背靠背变流器，储能双向DC-AC变流器（PCS），蓄电池DC-DC变流器，超级电容DC-DC变流器。YXSPACE控制器与各个功率硬件相连，通过matlab模型直接下载仿真，同时多个YXSPACE控制器相连，接受中央控制器的调度，从而实现整体系统的在线控制。

DC-AC Similink模型图

采用电压空间矢量控制算法，采集三相电网电压、三相并网电流，直流电压、直流电流等模拟量，进行有功、无功解耦，外环控制电压、内环控制电流，最终计算输出3组互补对称SVPWM波形，驱动开关器件，从而实现并网逆变器功能。

通过SP2000软件配置控制器为控制步长10KHz，PWM模式为互补对称模式，死区1us等,如下图所示设置界面：

然后在VIEW2000软件通过示波器控件可以监控到电压电压波形、并网电流波形、直流电压和直流电流波形，同时可以通过遥调控件告知模型控制有功、无功值等，如下界面所示：

通过录波功能，将实验过程的数据可以保存下来， 利用MATLAB的plot描点工具，将原始数据以图形形式展现出来，如下图所示三相并网电流波，然后通过plot内部自带的缩放、扩放等工具，可以对数据进行更加深入的分析。

同时可将模型内部关键节点数据采用模拟量方式进行真实DA信号输出。   

2）开源式系统

提供开源式服务，系统中软硬件均提供开源资料，便于用户二次开发。包含硬件原理图、电气图、软件源代码等，并提供相应的现场培训和讲解。

DSP工程源代码

硬件原理图

策略调度程序源代码

六、现场图片