案例分享 | 沈阳化工大学—基于源网荷分布式新能源发电及微电网系统实验平台


 

沈阳化工大学为省属本科高校,始建于1952年,时名沈阳化学工业技术学校,1958年组建沈阳化工学院,2010年更为现名。化学工程与技术入选省一流学科建设名单。学校党委荣获辽宁省先进党组织、全省高校首批党建工作示范高校等荣誉称号。

 

信息工程学院源于1952年建校伊始设立的电机科,是沈阳化工大学办学史上最早建设的三个院系之一。学院在学校应用型人才培养定位指导下,坚持本科教学主导地位,积极推动专业建设,获得国家教学成果二等奖、辽宁省教学成果一等奖等多项教学成果。电气工程及其自动化、自动化两个专业成功入选国家一流本科专业;测控技术与仪器、电子信息工程、电子科学与技术、物联网工程4个专业入选辽宁省一流本科示范专业;自动化、电气工程及其自动化、测控技术与仪器三个专业通过国家工程教育认证,专业建设水平居国内同类院校和省属高校领先地位。

 

 

基础教学实验实训建设项目
基于源网荷分布式新能源发电及微电网系统实验平台

 

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。

 

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。

 

一、基于该平台,新开的实验项目具体包括以下几大类:


1、光伏发电系统实验


1)光伏系统整体原理认知实验(基础)
2)光伏模拟源操作实验(基础)
3)光伏变流器操作实验(基础)
4)模拟量电压采集实验(验证)
5)光伏稳定直流电压实验(研究)
6)光伏恒功率并网实验(研究)
7)光伏最大功率点跟踪实验(研究)
8)光伏并网运行控制策略实验(创新)
9)控制采集板、驱动功率板等硬件原理实验(开源)
10)DSP的入门、使用和烧写实验(开源)
11)CCS软件使用(开源)
12)软件开发流程讲解(开源)


2、风力发电系统实验


(1)直驱式平台实验


1)直驱式风力发电系统整体原理认知实验(基础)
2)自然风模拟操作实验(基础)
3)风力背靠背变流器操作实验(基础)
4)发电机转速与输出电压关系实验(验证)
5)背靠背式变流器电压采集实验(验证)
6)发电机标量式定功率并网实验(验证)
7)发电机矢量式MPPT并网实验(研究)
8)背靠背变流器控制方法研究实验(创新)
9)控制采集板、驱动功率板等板卡硬件原理(开源)
10)DSP的入门、使用和烧写实验(开源)
11)CCS软件使用(开源)
12)软件开发流程讲解(开源)


(2)双馈式平台实验


1)双馈式风力发电系统整体原理认知实验(基础)
2)自然风模拟实验(基础)
3)背靠背变流器操作实验
4)背靠背式变流器模拟量采集实验(验证)
5)发电机起励实验(验证)
6)发电机空载同步并网实验(验证)
7)发电机变速恒频并网实验(验证)
8)发电机矢量式MPPT并网实验(研究)
9)背靠背变流器控制方法研究实验(创新)
10)控制采集板、驱动功率板等板卡硬件原理(开源)
11)DSP的入门、使用和烧写实验(开源)
12)CCS软件使用(开源)
13)软件开发流程讲解(开源)


3、储能平台实验


1)储能系统整体原理认知实验(基础)
2)BMS电池管理系统操作实验(基础)
3)双向DC/AC恒流放电控制实验(研究) 
4)双向DC/AC恒流充电控制实验(研究)
5)双向DC/AC恒功率放电控制实验(研究)
6)双向DC/AC恒功率充电控制实验(研究)
7)双向DC/AC能量自动双向流动实验(创新)
8)控制采集板、驱动功率板等板卡硬件原理(开源)
9)DSP的入门、使用和烧写实验(开源)
10)CCS软件使用(开源)
11)软件开发流程讲解(开源)


4、Simunlink模型控制系统实验:


(1)电力电子基础实验
1)电力电子技术概念(基础)
2)电力电子器件概述(基础)
3)Matlab及Simulink介绍(研究)


(2)脉宽调制PWM
1)PWM的基本原理和控制方法(基础)
2)PWM在Simulink的生成(研究)
3)SPWM的基本原理和控制方法(基础)
4)SPWM在Simulink的生成(研究)


(3)DC-DC直流斩波
1)Boost升压原理和功率硬件电路分析(基础)
2)Boost升压电路Simulink离线仿真实验(研究)
3)Boost升压电路半实物电力平台仿真实验(验证)
4)Buck降压原理和功率硬件电路分析(基础)
5)Buck降压电路Simulink离线仿真实验(研究)
6)Buck降压电路半实物电力平台仿真实验(验证)


(4)AC-DC交流-直流整流
1) 单相全桥PWM整流原理和电路分析(基础)
2) Simulink离线仿真--单相全桥PWM整流电路(研究)
3)快速原型控制仿真--单相全桥PWM整流电路(验证)


(5)DC-AC直流-交流逆变
4.1 单相全桥独立逆变原理与电路分析(基础)
4.2 Simulink离线仿真--单相全桥独立逆变电路(研究)
4.3 快速原型控制仿真--单相全桥独立逆变电路(验证)
4.4 单相全桥并网逆变原理与电路分析(基础)
4.5 Simulink离线仿真--单相全桥并网逆变电路(研究)
4.6 快速原型控制仿真--单相全桥并网逆变电路(验证)


5、微电网系统整体实验


1)微电网系统整体原理认知实验(基础)
2)微电网系统整体操作实验(基础)
3)SCADA监控系统操作实验(基础)
4)能量调度系统操作实验(基础)
5)微电网并网运行实验(研究)
6)微电网离网运行实验(研究)
7)微电网并转离运行实验(创新)
8)微电网离转并运行实验(创新)
9)微电网孤岛运行下负荷与母线变化关系实验(研究)
10)微电网孤岛运行下微源、负荷与储能系统变化关系实验(研究)
11)能量管理调度策略-系统出力控制(创新)


二、系统特点


基于源-网-荷分布式新能源发电及微电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)系统中既可包含交流母线,又可具备直流母线,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)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、用电计划设定等。
(5)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


系统由发电侧系列设备、储能侧系列设备、用电侧系列设备、二次侧控制设备、配电保护及测量设备等几个部分组成,每个部分都可按照客户的需求进行灵活搭配。

 

基于源网荷分布式新能源发电及微电网系统拓扑架构

 

1、直流母线、交流母线
2、光伏模拟/真实系统
3、风机模拟/真实系统
4、锂电/超级电容/水电储能系统
5、模拟分级负载系统
6、柴油机模拟系统/充电桩负载
7、故障模拟系统
8、微电网控制系统
9、能量管理调度系统
10、配电保护系统

 

四、实际项目现场照片:

 

 

 

 

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