一种微电网实验教学装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种微电网实验教学装置，包括硬件电路和软件，其中：硬件电路包括电流控制型变流器、电压控制型变流器、电流型变流器控制器、电压型变流器控制器、第一直流供电端口、第二直流供电端口和上位机；上位机包括图形用户界面和接口，图形用户界面作为软件，包括用于输入参数的控制参数调整界面、用于选择使能的控制器的控制模式调整界面以及用于观测实验教学装置状态的装置状态显示界面，以实现实验教学装置的控制和测量。本发明专利技术的微电网实验教学装置可以灵活实现多台装置互联并扩展负载环节，具有成本低、占地小、功耗低、灵活性高、扩展性强等特点，能够实现多种微电网控制的特征复现和编程。征复现和编程。征复现和编程。

【技术实现步骤摘要】
一种微电网实验教学装置


[0001]本专利技术涉及电力电子
，具体地，涉及一种微电网实验教学装置。

技术介绍

[0002]近年来，随着新能源发电的大规模应用，新能源发电在电网中的占比越来越高。传统的电网结构已经无法适应这一变化，为解决大量新能源并网的问题，提出了微网这一概念。新能源发电需要通过电力电子设备与微网中的母线相连，因此微网中有着大量的电力电子设备。为了实现这些电力电子单台设备的控制和多台电力电子设备之间的协调控制，微电网中有着复杂的控制结构。
[0003]为了适应最新的科研内容，微电网的实验教学是必不可少的。典型的微电网实验教学采用功率硬件在环作为实验设备，这种教学方法有以下局限性：
[0004]1、成本高。功率硬件在环由于需要计算能力强大的实时仿真器和高带宽的线性放大器，价格往往很高。过高的价格限制了功率硬件在环在教学中的推广。
[0005]2、占地面积大。实时仿真器往往占地面积很大，不利于教学的开展。
[0006]因此，有必要提出一种新的微电网实验教学装置，以解决上述问题。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种微电网实验教学装置。
[0008]根据本专利技术的一个方面，提供一种微电网实验教学装置，包括硬件电路和软件，其中：
[0009]所述硬件电路包括电流控制型变流器、电压控制型变流器、电流型变流器控制器、电压型变流器控制器、第一直流供电端口、第二直流供电端口和上位机；
[0010]所述电压控制型变流器的直流输入端与所述第一直流供电端口相连；所述电压控制型变流器用于复现所模拟微电网中的交流母线电压；
[0011]所述电流控制型变流器的直流输入端与所述第二直流供电端口相连；所述电流控制型变流器用于复现所模拟微电网中的支路电流；所述电流控制型变流器的交流输出端口与所述电压控制型变流器的交流输出端口相连；所述电流控制型变流器和所述电压控制型变流器的交流输出端口外接负载和装置交流输出端口中的至少一种，以实现功能和系统扩展；
[0012]所述电压型变流器控制器与所述上位机连接，用于在实验教学装置中准确复现微电网系统控制行为和电压特征；
[0013]所述电流型变流器控制器与所述上位机连接，用于在实验教学装置中准确复现微电网系统控制行为和电流特征；
[0014]所述上位机包括图形用户界面和用于与外部通讯的接口；所述接口用于接收实验教学装置的采样信号并分别向所述电压型变流器控制器和所述电流型变流器控制器传输信号；所述图形用户界面作为所述软件，包括用于输入参数的控制参数调整界面、用于选择
使能的控制器的控制模式调整界面以及用于观测实验教学装置状态的装置状态显示界面，以实现实验教学装置的控制和测量。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有如下至少之一的有益效果：
[0016]本专利技术的微电网实验教学装置可以灵活实现多台装置互联并扩展负载环节，具有成本低、占地小、功耗低、灵活性高、扩展性强等特点，能够实现多种典型微电网控制的特征复现和编程，本专利技术可以用于低成本的微电网实验教学。
附图说明
[0017]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0018]图1为本专利技术一优选实施例的微电网实验教学装置结构示意图；
[0019]图2为本专利技术一优选实施例的硬件电路的结构示意图；
[0020]图3为本专利技术一优选实施例的用于电压控制型变流器的三相DC/AC电力电子变流器拓扑结构示意图；
[0021]图4为本专利技术一优选实施例的用于电流控制型变流器的三相DC/AC电力电子变流器拓扑结构示意图；
[0022]图5为本专利技术一优选实施例的用于电流控制型变流器的无源电阻抗网络的拓扑结构示意图；
[0023]图6为本专利技术一优选实施例的用于电压控制型变流器的无源电阻抗网络的拓扑结构示意图；
[0024]图7为本专利技术一优选实施例的与电流控制型变流器直流侧相连的无源电阻抗网络的拓扑结构示意图；
[0025]图8为本专利技术一优选实施例的与电压控制型变流器直流侧相连的无源电阻抗网络的拓扑结构示意图；
[0026]图9为本专利技术一优选实施例的二次控制环节示意图；
[0027]图10为本专利技术一优选实施例的下垂控制环节示意图；
[0028]图11为本专利技术一优选实施例的闭环电压控制环节示意图；
[0029]图12为本专利技术一优选实施例的dq轴电流控制环节示意图；
[0030]图13为本专利技术一优选实施例的dq0轴电流控制环节示意图；
[0031]图14为本专利技术一优选实施例的电阻抗网络E的结构示意图；
[0032]图15为本专利技术一优选实施例的电阻抗网络F的结构示意图；
[0033]图16为本专利技术一优选实施例的主从控制环节示意图；
[0034]图中：1
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电压控制型变流器；2
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变流器A；3
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电阻抗网络B；4
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变流器A直流供电端；5
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变流器A交流输出端；6
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电阻抗网络A交流输入端；7
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电阻抗网络A交流输出端；8
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第一直流供电端口；9
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电阻抗网络C；10
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电阻抗网络C直流输入端；11
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电阻抗网络C直流输出端；12
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电压型变流器控制器；13
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二次控制器；14
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下垂控制器；15
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闭环电压控制器；16
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开环电压控制器；17
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脉宽调制器A；18
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电流控制型变流器；19
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变流器B；20
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电阻抗网络A；21
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变流器B直流供电端；22
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变流器B交流输出端；23
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电阻抗网络B交流输入端；24
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电阻抗网络B交流输出端；25
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第二直流供电端口；26
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电阻抗网络D；27
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电阻抗网络D直流输入端；28
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电阻
抗网络D直流输出端；29
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电流型变流器控制器；30
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dq轴电流控制器；31
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dq0轴电流控制器；32
‑
脉宽调制器B；33
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上位机；34
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幅值计算器；35
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频率计算器；36
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幅值二次控制器；37
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频率二次控制器；38
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有功功率计算；39
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无功功率计算；40
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电压外环d轴控制器；41...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微电网实验教学装置，其特征在于，包括硬件电路和软件，其中：所述硬件电路包括电流控制型变流器、电压控制型变流器、电流型变流器控制器、电压型变流器控制器、第一直流供电端口、第二直流供电端口和上位机；所述电压控制型变流器的直流输入端与所述第一直流供电端口相连；所述电压控制型变流器用于复现所模拟微电网中的交流母线电压；所述电流控制型变流器的直流输入端与所述第二直流供电端口相连；所述电流控制型变流器用于复现所模拟微电网中的支路电流；所述电流控制型变流器的交流输出端口与所述电压控制型变流器的交流输出端口相连；所述电流控制型变流器和所述电压控制型变流器的交流输出端口外接负载和装置交流输出端口中的至少一种，以实现功能和系统扩展；所述电压型变流器控制器与所述上位机连接，用于在实验教学装置中准确复现微电网系统控制行为和电压特征；所述电流型变流器控制器与所述上位机连接，用于在实验教学装置中准确复现微电网系统控制行为和电流特征；所述上位机包括图形用户界面和用于与外部通讯的接口；所述接口用于接收实验教学装置的采样信号并分别向所述电压型变流器控制器和所述电流型变流器控制器传输信号；所述图形用户界面作为所述软件，包括用于输入参数的控制参数调整界面、用于选择使能的控制器的控制模式调整界面以及用于观测实验教学装置状态的装置状态显示界面，以实现实验教学装置的控制和测量。2.根据权利要求1所述的微电网实验教学装置，其特征在于，所述电压控制型变流器通过塑造所述电压控制型变流器的交流输出端口的电压幅值、频率和相位复现所模拟微电网中的交流母线电压；所述电压控制型变流器包括变流器A，所述变流器A包括变流器A直流供电端和变流器A交流输出端；所述电压控制型变流器的滤波阻抗网络包括电阻抗网络A、电阻抗网络C和电阻抗网络E中的至少一种且至少包括所述电阻抗网络A，所述电阻抗网络A包括电阻抗网络A交流输入端和电阻抗网络A交流输出端，所述电阻抗网络C包括电阻抗网络C直流输入端和电阻抗网络C直流输出端，所述电阻抗网络E包括电阻抗网络E交流输入端和电阻抗网络E交流输出端；所述电阻抗网络A用于滤除变流器A交流输出端的电压谐波，所述电阻抗网络A交流输入端与所述变流器A交流输出端相连，所述电阻抗网络A交流输出端与所述电阻抗网络E交流输入端相连或者直接与所述电压控制型变流器的交流输出端相连；所述电阻抗网络C用于抑制直流回路中的零序电流，所述变流器A直流供电端直接与所述第一直流供电端口相连或者通过所述电阻抗网C与所述第一直流供电端口相连；采用所述电阻抗网络C时，所述电阻抗网络C直流输入端与所述第一直流供电端口相连，所述电阻抗网络C直流输出端与所述变流器A直流供电端相连；采用电阻抗网络E时，所述电阻抗网络E用于抑制交流回路中的零序电流，所述电阻抗网络E交流输入端与所述电阻抗网络A交流输出端相连，所述电阻抗网络E交流输出端与所述电压控制型变流器的交流输出端相连。3.根据权利要求1所述的微电网实验教学装置，其特征在于，所述电流控制型变流器通过塑造所述电流控制型变流器的交流输出端口的电流复现所模拟微电网中的支路电流；所述电流控制型变流器包括变流器B，所述变流器B包括变流器B直流供电端和变流器B交流输
出端；所述电流控制型变流器的滤波阻抗网络包括电阻抗网络B、电阻抗网络D和电阻抗网络F中的至少一种且至少包括所述电阻抗网络B，所述电阻抗网络B包括电阻抗网络B交流输入端和电阻抗网络B交流输出端，所述电阻抗网络D包括电阻抗网络D直流输入端和电阻抗网络D直流输出端，所述电阻抗网络F包括电阻抗网络F交流输入端和电阻抗网络F交流输出端；所述电阻抗网络B用于滤除变流器B交流输出端的电流谐波，所述电阻抗网络B交流输入端与所述变流器B交流输出端相连，所述电阻抗网络B交流输出端与所述电阻抗网络F交流输入端相连或者直接与所述电流控制型变流器的交流输出端相连；所述电阻抗网络D用于抑制直流回路中的零序电流，所述变流器B直流供电端直接与所述第二直流供电端口相连或者通过所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：马柯，王嘉石，许少伦，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：