河南理工大学——数字物理混合微电网控制系统项目案例分享

一、项目基本概述

河南理工大学简介：

河南理工大学（Henan Polytechnic University，英文简称“HPU”），简称河南理工，位于河南省焦作市， 是中央与地方共建、以地方管理为主的河南省特色骨干大学，是河南省人民政府与原国家安全生产监督管理总局共建高校，河南省属重点大学，入选国家“中西部高校基础能力建设工程”、“卓越工程师教育培养计划”、“国家级大学生创新创业训练计划”、“国家级新工科研究与实践项目”、教育部“中外高水平大学学生交流计划”、河南省首批“智慧校园建设试点高校”。

二、项目特色

1.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。

2.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。

系统拓扑图

关键技术

PRCP数字物理混合控制

引入数字和物理相结合的仿真理念，既具备真实的DSP控制器，同时又增加了快速原型控制器RCP，实现了PRCP的混合控制。用户既可以使用实际控制器通过c代码进行控制，又可以使用RCP控制器通过SIMULINK模型直接控制。

实时统一控制器

系统里面光伏变流器、风机背靠背变流器、储能双向变流器都是由SP6000快速原型控制器统一控制。不同于多分布式控制器通讯控制的方式，统一控制器同时进行所有变流器的变流控制，保证了系统严格意义上的实时性。

组态化SCADA监控系统

组态化SCADA监控系统，用户可以根据需求自行拖拽元件组成完整拓扑系统，图形化的操作界面，二次开发更为便捷。告别了繁琐的底层驱动，在后期新增设备节点时，不用过多的关注底层相关信息. 不用关注每台设备该如何与之通讯，有强大的通讯管理机制，屏蔽所有设备的底层操作过程。

三、项目案例展示