多功能桌面型电力电子实验平台

一、产品介绍

南京研旭公司最新研发推出的多功能桌面型电力电子实验平台YXRTD-TLDD-06，是一款面向高校实验室及科研院所的电力实验设备，可来实现三相/单相DC-AC单向/双向变流器，单向/双向DC-DC变流器、AC-AC背靠背变流器等多种电力电子变流器的功能。

 

开发平台包括硬件部分、软件驱动，是针对高校开展电力电子技术研究推出的一种开放式的二次开发教学科研平台。该平台在硬件上采用分体化设计，控制板、采集板、功率板、电容板等模块化，外壳采用透明的亚克力板材，美观实用，用户可以方便观察内部的硬件结构。同时顶盖可以打开，方便进行相关信号的测量。

 

 

二、主要功能

1、模块拓展：采用模块化设计，用户可以定制所需要的拓扑，提供开源软件模块，用户可进行二次开发。可进行多种拓扑定制：双向DC-DC，双向DC-AC，背靠背AC-AC，三电平T型/NPC型等。。

2、开放设计：开放给用户硬件原理图、硬件设计说明以及软件模块如底层驱动，控制算法等。

3、安全稳定：设计了健全的保护机制，软件方面有过压保护、欠压保护、过流速断保护、IGBT过热保护、通讯保护等；硬件方面有短路保护、IGBT过流保护等。

4、半实物仿真：方便与研旭YXspace控制器、NI控制器、RT-LAB控制器、dSPACE控制器等数字实时仿真器对接，可提供相应的数字转接板，免去客户硬件设计之忧。

 

 

三、产品组成

 

主拓扑部分：

主控制板：TMS320F28335 32位DSP控制板

Ø 辅助供电电源：220VAC

Ø 直流端：最大直流电压700V，最大直流电流40A

Ø 交流端：最大交流电压400V，最大交流电流30A

Ø 驱动模块：可以驱动1200V、100A IGBT，带短路保护。

Ø 高精度采样：AD16位，传感器误差≤0.2%

Ø 采用三菱公司的IPM智能模块，内部具有全桥电路，功率可以定制；

Ø 前级采用电容串联方式，增加直流侧耐压值；

Ø 后极采用LC滤波电路拓扑；

 

三相两电平拓扑图

 

控制器部分：

——CPU采用当前最为流行的TI公司的C2000系列DSP-F28335；

——具有16路模拟采集接口；

——具有12路PWM接口；

——具有多路DIDO接口；

——具有两通道RS485通信接口；

——具有一路LAN口，实现高速通信；

——具有一通道编码器采集电路；

——具有RCP控制器标准DIDO、AIAO接口，实现与RCP控制器对接；

——控制器本身具备主动控制功能，同时具备辅助控制器功能；所谓主动控制就是指控制器可以完全实现变换器的功能，而辅助功能是指协助RCP控制器在控制过程中处理故障保护，以及参数监测功能；

——当控制器充当辅助控制器时，其具备如下辅助保护功能：

（1）、过流保护，当系统出现过流故障时，即使主控器未作出保护动作，辅助控制器会主动保护系统；

（2）、过压保护，当系统出现过压故障时，辅助控制器会主动保护系统；

（3）、温度保护，当功率器件工作温度达到器件极限温度时，辅助控制器会主动保护系统；

基于以上保护，使用者可以不用任何顾忌的编写自己的控制模型，即使控制模型出现纰漏，也不会因为软件问题导致硬件出现不可逆的损坏。

——当控制器充当辅助控制器时，其具备对变换器运行的各类参数的监测功能；

（1） 交流三相电压、电流监测；

（2） 直流电压、电流监测；

（3） 运行状态监测；

 

RCP控制器仿真接口

板卡具有RCP控制器标准接口，通过线缆直接将RCP控制器的DIDO、AIAO与板卡实现连接。板卡既可以将RCP控制器输出信号处理后送给驱动电路，也可以将板卡的模拟信号调理到合理范围，送给RCP控制的输入信号。

采集接口

板卡具有16路采集接口，其中8通道设计为电压采集，采集范围可以通过调整采样电阻进行修改。其中8通道设计为电流采集，兼容目前市面上面的电流霍尔传感器。此16路模拟信号，通过模拟器件同时分配给RCP控制器接口，以及本身控制端口，这样就做到了两个控制器同时采集当前信号。

调理电路采用差分调理方式，有效的消除了系统采集的共模干扰，增强了系统的稳定性。

系统采集主要包含以下信号采集：

——直流电压采集；

——直流电流采集；

——A相交流电压采集；

——B相交流电压采集；

——C相交流电压采集；

——A相电流采集；

——B相电流采集；

——C相电流采集；

——系统工作温度采集；

 

驱动接口

板卡本身具有12路PWM和6路DO信号，12路PWM可以直接控制两套全桥电路，6路DO可以实现接触器、继电器等设备的控制；

板卡还将RCP控制器的12路PWM和8路DIDO引出，因此RCP控制器也可以直接控制两套全桥电路以及接触器、继电器等设备。

 

驱动模块部分：

Ø 电压采集模块

Ø 电流采集模块

Ø PWM控制模块

Ø 数字PI调节器

Ø 数字锁相环模块

Ø abc/αβ、αβ/abc模块（克拉克变换）

Ø αβ/dq、dq/αβ模块（帕克变换）

Ø dq/abc、abc/dq模块 （逆变换）

Ø 功率计算模块

软件框架示例

 

三、产品应用：

按拓扑方式可分为：

Ø 单向/双向DC-DC变流器

Ø 单相/三相DC-AC变流器

Ø 双向DC-DC+DC-AC两级变流

Ø 背靠背AC-AC变流器

Ø T型三电平变流器

Ø NPC型三电平变流器等

Ø 交流电机驱动器

 

按应用方向可分为：

Ø 电机驱动模块（异步电机/永磁同步电机/直流无刷电机/直流电机）

Ø DC-AC逆变器（并网/离网/储能）

Ø DC-DC变流器（隔离性/非隔离性）

Ø 风光储分布式变流器

 

常用拓扑结构：

 

DC-AC变流器拓扑及结构图（光伏逆变器）

 

背靠背变流器拓扑及结构图（风机变流器）

 

 

DC-DC变流器拓扑

 

 

 

三电平电机驱动模块

 

 

 

 

半实物仿真-快速原开发（RCP）拓扑

 

 

四、实验波形：

应用案例：

三相储能变流模块工作于并网PQ控制模式时，变流器工作于50Hz频率下，用户根据功率应用需求配置输出有功功率与无功功率。变流器输出额定线电压380V，经380:380隔离变压器后并网。

 

 

五、系统封装

（1）基础开放式，包括了控制器、功率电路、采集电路等，内部控制器实现一套完整控制，提供硬件板卡原理图，信号接口示意图以及设备内部接线图

（2）进阶开放式，在硬件开放式的前提下，提供各个程序驱动模块，包含CCS工程文件代码，但不包含算法控制程序。

（3）高级开放式2，在进阶开放式基础上，提供完整的控制算法源代码以及配套的讲解资料，提供相应的Simulink模型作为参考；