一种开放式模块化电力电子实验开发平台制造技术

本实用新型专利技术公开了一种开放式模块化电力电子实验开发平台，由控制模块、电源模块和三相可控硅开关模块构成，电源模块、控制模块均与三相可控硅开关模块相连，其中，控制模块由控制器和监控系统构成；电源模块由三个完全相同的单相电源模块组成，每个单相电源模块包括隔离变压器和LC滤波电路；三相可控硅开关模块由基于晶闸管的功率单元和基于IGBT的功率单元构成。本实用新型专利技术具有可开发性，可以由用户根据自己的需要进行编程来完成对仿真装置的控制。本实用新型专利技术采用模块化设计，其外观不同于传统的电力电子仿真平台，采用柜式结构，各模块封装在独立的柜体内，可以通过组合其组成部件实现多种电路拓扑结构，能对多种电力电子装置进行仿真。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

—种开放式模块化电力电子实验开发平台
本技术属于电力电子
，尤其涉及一种开放式模块化电力电子实验开发平台。
技术介绍
目前，在电力电子技术大量应用于电网的背景下，各级电力试验研究部门、高等院校及科研院所都需要对各种新型电力电子装置的性能及可行性进行研究，以便分析各种电力电子装置是否具有入网可行性，并对各种电力电子装置的性能进行测试。除此以外，这些研究部门也需要这样一种电力电子试验装置来对工程技术人员进行培训。现有的电力电子试验平台的功能较为单一，通常只能完成一种或几种电力电子装置的试验研究，并且不支持用户进行软件编程开发，使得对新型电力电子设备的研究受到较多限制。中国专利《一种基于IGBT模块的通用换流器平台》，公告号CN201054549Y，公开了一种通用换流器平台，该通用换流器平台属于电力电子试验平台的一种，其由双IGBT串联构成的模块，由24个该模块组屏构成通用换流器平台，每个IGBT模块包括正极性直流母线、负极性直流母线、连接正极直流母线电容单元、连接负极直流母线电容单元、直流电压传感器、连接正极直流母线IGBT单元、连接负极性直流母线IGBT单元、电流传感器。该通用换流器平台虽然也具有数字仿真功能，但由于其结构的限制这种仿真平台不能模拟许多新型电力电子装置，功能范围较窄，因此为了满足各研究部门的需求，需要设计一种能对较多新型电力电子装置进行仿真的实验平台。
技术实现思路
针对现有技术中缺少电力电子通用仿真装置的不足，本技术提出一种将数字仿真和模拟仿真混合的开放式模块化电力电子实验开发平台，可分析多种电力电子装置的入网可行性，构建数字模拟混合仿真中的实物原型，并完成对多种电力电子装置的仿真，并可以用于电力工程技术人员的相关培训。为解决上述技术问题，本技术采用如下的技术方案一种开放式模块化电力电子实验开发平台，由控制模块、电源模块和三相可控硅开关模块构成，控制模块、电源模块均与三相可控硅开关模块相连，其中控制模块由控制器和监控系统相互连接构成；电源模块由三个完全相同的单相电源模块组合而成，每个单相电源模块包括断路器、熔断器、主接触器、充电电阻、合电阻接触器、隔离变压器和LC滤波电路，断路器、熔断器、主接触器、充电电阻、合电阻接触器、隔离变压器、LC滤波电路依次连接，合电阻接触器与充电电阻并联，隔离变压器的副边绕组与LC滤波电路连接。断路器和熔断器接在电网输入侧，用以保护本技术装置，当本装置出现故障时，例如过电压或者过电流，断路器和熔断器自动断电，即自动从电网上分离下来；主接触器、合电阻接触器为一种合闸装置，相当于与电网相连的开关，先合上主接触器为充电电阻充电，等到电压稳定后，合上合电阻接触器，将充电电阻短路，从而由电网为本技术装置供电，合电阻接触器、充电电阻是起电路保护作用的。三相可控硅开关模块由基于三相桥式晶闸管电路的功率单元、基于三相晶闸管开关电路的功率单元和基于三相三线桥式IGBT电路的功率单元构成，基于三相桥式晶闸管电路的功率单元、基于三相晶闸管开关电路的功率单元和基于三相三线桥式IGBT电路的功率单元分别由三相桥式晶闸管电路、三相晶闸管开关电路、三相三线桥式IGBT电路和大功率二极管并联构成。本技术在外观方面采用柜式结构，上述控制模块、电源模块和三相可控硅开关模块分别封装在各自独立的柜体内，通过线路将所需模块连接起来构成所需的仿真装置。仿真装置的功能具有可开发性，可以由用户根据自己的需要进行编程来完成对仿真装置的控制。用户可根据自己对仿真装置的功能要求，通过计算机编写程序并下载到控制芯片上，从而通过控制芯片使装置实现所需要的功能。上述控制模块中的监控系统为计算机，其通过数据线与控制器进行通信，控制模块中的监控系统负责监控试验过程，具有录波功能，同时可以和控制器通讯，获取电路中电力电子开关器件的信息。上述控制模块中的控制器采用DSP TMS 320F2812和FPGA Cyclone II: EP2C50F484C8型号控制芯片，控制器通过接口电路与本技术装置相连，从而对其控制算法及其效果进行试验验证，用户可根据自己对仿真装置的功能要求，通过计算机编写程序并下载到控制芯片上，从而通过控制芯片使装置实现所需要的功能。上述三相可控硅开关模块数量为24。上述隔离变压器为干式变压器，其采用380V/380V/380V、Y/A/Y结构。本技术中，基于三相桥式晶闸管电路的功率单元可实现12/6脉动高压直流输电和直流融冰构成；基于三相晶闸管开关电路的功率单元可和基于三相桥式晶闸管电路的功率单元、基于三相三线桥式IGBT电路的功率单元组合后构成晶闸管控制电抗器(TCR)、晶闸管投切电容(TSC)、晶闸管控制串联电容器补偿(TCSC)、静止无功补偿器 (SVC)、短路故障电流限制器(FCL);基于三相三线桥式IGBT电路的功率单元可构成有源电力滤波器(APF)、动态电压恢复器(DVR)、轻型直流输电系统(HVDC-Iight)、两单元级联静止同步补偿器(STATC0M/SVG)、统一潮流控制器(UPFC)、统一电压质量控制器(UPQC)。与现有技术相比，本技术具有以下特点和有益效果I、本技术采用模块化设计，集中了多种电力电子变换电路的拓扑结构，可以对目前电网中的下述8种电力电子装置进行仿真(1)传统高压直流输电HVDC ; (2)统一潮流控制器UPFC ; (3)统一电能质量控制器UPQC ; (4)交流调压电路及相关应用系统(TCR和 TSC型的静止无功补偿装置，可控串联补偿TCSC，短路故障电流限制器FCL) ； (5)有源电力滤波器APF ； (6)动态电压恢复器DVR ； (7)基于电压源型的轻型直流输电系统HVDC-Light ；(8)级联型的静止同步补偿器STATC0M/SVG ；2、本技术可以通过组合其组成部件实现以上8种装置的电路拓扑结构，并通过构建数字模拟混合仿真模型来还原实物原型，使试验与实际装置更准确的贴合，此外，本技术所包含的大量电力电子装置为电力工程人员的培训能够提供较多方便；3、本技术兼容性好，即可以采用市面上销售的控制器，也可以采用自带的控制器；4、本技术具有强大的可开发特性，其控制器可以提供以下功能①控制板编程环境及编译系统软件，②提供用户自定义程序开发功能，使用户可以通过计算机编程实现对仿真装置的控制，③提供底层控制接口驱动源程序，开放内部通信协议，④提供APF、 SVG, HVDC-Light等装置仿真例程下载代码。5、本技术在外观方面采用柜式结构，将各组成器件模块化并封装在各自独立的柜体内，通过线路将所需模块连接起来构成所需的仿真装置。附图说明图I为电源模块结构示意图；图2为基于三相桥式晶闸管电路的功率单元和控制器的结构示意图；图3为基于三相晶闸管开关电路的功率单元和控制器的结构示意图；图4为基于三相三线桥式IGBT功率单元和控制器的结构示意图；图5为三相可控硅开关模块柜体示意图；图6为传统6脉动高压直流输电仿真模型示意图，其中，I为交流电源、2为变压器模块、3为三相桥式晶闸管模块、4为线路电抗器、5和6均为由电抗器和电容器模块组成的滤波单元、7为晶闸管模块的控制部分；图7为传统1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙建军，查晓明，秦亮，王陆璐，瞿李峰，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：实用新型
国别省市：