CN103558478A - 一种微电网变换器硬件在回路系统测试平台 - Google Patents
一种微电网变换器硬件在回路系统测试平台 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103558478A CN103558478A CN201310562120.6A CN201310562120A CN103558478A CN 103558478 A CN103558478 A CN 103558478A CN 201310562120 A CN201310562120 A CN 201310562120A CN 103558478 A CN103558478 A CN 103558478A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- module
- micro
- transducer
- voltage
- hardware
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 102
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 26
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 24
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000011161 development Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 claims description 81
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims description 13
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 12
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims description 11
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 6
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 5
- 238000007726 management method Methods 0.000 claims description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims description 4
- 238000004451 qualitative analysis Methods 0.000 claims description 4
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000011160 research Methods 0.000 description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 230000003245 working effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Testing Electric Properties And Detecting Electric Faults (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
一种微电网变换器硬件在回路系统测试平台，包括监控计算机、目标计算机以及变换器硬件在回路系统测试平台；其所述监控计算机与目标计算机用于变换器硬件在回路系统测试平台，实现微电网变换器硬件在回路系统仿真。本发明以微电网系统仿真模型代替实际微电网系统，用于测试微电网变换器性能和开发微电网变换器，缩短了变换器的开发周期，简化了变换器的开发过程，降低了变换器的开发成本，实现了测试、开发过程的自动化，应用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及一种微电网变换器测试平台，尤其是涉及一种微电网变换器硬件在回路系统测试平台。
技术背景
电力系统中的变换器是一种将电能进行AC/DC、AC/AC、DC/DC或DC/AC变换的装置，而微电网是以分布式发电技术为基础，以靠近分散型资源或用户的小型电站为主，结合终端用户电能质量管理和能源梯级利用技术形成的小型模块化、分散式的供能网络。
随着微电网的快速发展，新型的电力电子设备，特别是各种变换器的具体应用，在能源转换中起到至关重要的作用，对变换器及其控制的研究、开发、测试具有重要的现实意义。
传统变换器开发时，首先需对变换器主电路和控制电路进行硬件设计和实现，然后依托控制器对特定变换器进行研究和开发。此过程需要研究人员针对各种拓扑形式的变换器制作相应主电路板，并制作针对不同主电路板的外围控制电路，制作和调试过程周期长，构建一个专门用于测试微电网变换器的实际微电网系统，必然带来设备费用高、占地面积大、供货周期长、设备维护不便、可扩展性和兼容性差、成本高昂和重复利用率低等问题。同时，将所开发的微电网变换器直接置于实际微电网系统中进行测试，可能对系统本身造成破坏，不易在特殊或极端工况下，测试变换器的鲁棒性，测试周期长，效率低。
近年来，关于提高新能源利用率和微电网电能质量的相关研究，已有实用性的测试平台，如公开号为CN102650664公开的一种“自适应开放性能源系统测试平台”专利，将AC/DC、DC/DC、DC/AC模块成功独立出来，以适应不同的设备需求，开放性、扩展性大大提高。但不适用于微电网的各种拓扑形式的变换器进行研究和测试，到目前为止，尚未有专门用于微电网系统中变换器开发、测试平台的报道。
发明内容
本发明的目的在于针对现有微电网和新能源发电领域中变换器开发和测试环节的不足，提供一种微电网变换器硬件在回路系统测试平台，在Matlab/Simulink环境下将所开发变换器适用的微电网系统进行仿真搭建，通过控制器开发工具将所开发变换器与Matlab/Simulink环境下建立的系统仿真模型进行闭环实验，以快速验证变换器在目标系统中工作效果与性能的硬件在回路仿真测试，同时基于微电网系统仿真模型的变换器硬件在回路系统测试平台为微电网变换器开发提供一个虚拟的微电网测试环境，用于变换器的硬件开发、控制策略、特殊工况的测试，大大提高变换器的开发质量和效率，减小开发周期，降低开发风险和成本。
一种微电网变换器硬件在回路系统测试平台，包括监控计算机、目标计算机以及变换器硬件在回路系统测试平台，其特征在于：所述监控计算机与目标计算机设置于变换器硬件在回路系统测试平台，实现微电网变换器硬件在回路系统仿真测试。
所述监控计算机是用于建立微电网系统仿真模型，进行工况条件和外部参数的设定，并将仿真模型、工况条件和外部环境参数转换成C代码后，通过交叉编译生成供目标计算机实时运行的测试模型，将微电网系统仿真模型通过数据线发送到目标计算机上，作为运行于实时操作系统的应用程序；运行工况进行仿真实验时，微电网系统仿真模型实时产生需求的电压电流信号。
所述目标计算机是根据运行微电网系统仿真模型产生需求的电压电流信号，通过总线来控制微电网变换器，对微电网变换器进行电压电流加载。
所述变换器硬件在回路系统测试平台是设置有多电平供电模块，并由若干个独立封装的IGBT模块、二极管模块、电解电容模块和外部电感通过电气连接构成变换器主电路，并分别与变换器的目标电源、目标负载、电压采集调理模块、电流采集调理模块、IGBT门极驱动模块和大功率散热器模块连接，通过电压采集调理模块、电流采集调理模块和IGBT门极驱动模块经由控制器接口模块与目标计算机连接构成闭环系统，并将各模块集成于PCB电路板。
所述微电网变换器硬件在回路仿真测试是基于Matlab/Simulink环境，由监控计算机建立微电网系统仿真模型，进行工况条件和外部参数的设定，并将仿真模型、工况条件和外部环境参数转换成C代码后，通过交叉编译生成供目标计算机实时运行的目标程序，将微电网系统仿真模型通过数据线发送到目标计算机，作为运行于实时操作系统的应用程序；运行工况进行仿真测试时，微电网系统仿真模型实时产生需求的电压电流信号；目标计算机根据产生的电压电流需求信号通过总线来控制微电网变换器，对微电网变换器进行电压电流的加载；变换器硬件在回路系统测试平台用于搭建变换器主电路和控制电路，通过控制器接口模块实现目标计算机和变换器的通信，构成具有实际电压电流反馈的完整微电网变换器硬件在回路闭环实时仿真和快速开发系统。
所述多电平供电模块分别与IGBT门极驱动模块、电压采集调理模块、电流采集调理模块连接，将输入电源转化为IGBT门极驱动模块、电压采集调理模块、电流采集调理模块的工作电压。
所述电压采集调理模块分别与多电平供电模块、变换器主电路和控制器接口模块连接，根据控制要求采集处理主电路中相关节点电压，转换成能够识别的标准信号，经控制器接口模块送至目标计算机进行运算处理。
所述电流采集调理模块分别与多电平供电模块、变换器主电路和控制器接口模块连接，根据控制要求采集处理主电路中相关支路电流，转换成能够识别的标准信号，经控制器接口模块送至目标计算机进行运算处理。
所述IGBT门极驱动模块分别与多电平供电模块、目标计算机、主电路中IGBT模块和控制器接口模块连接，将目标计算机发出的控制信号处理为可驱动该平台IGBT模块的开关电平，控制IGBT模块的导通与关断。
所述控制器接口模块是将电压采集调理模块、电流采集调理模块的输出信号传送至目标计算机，同时将目标计算机运算输出的控制信号传送至IGBT门极驱动模块，实现对变换器的控制。
所述微电网系统仿真模型是通过模拟母线将风力发电系统模型、太阳能发电系统模型、燃气轮机发电系统模型、蓄电池储能系统模型、输电电网系统模型和负载系统模型连接构成。
基于上述一种微电网变换器硬件在回路系统测试平台，进一步地，所述监控计算机与目标计算机设置于变换器硬件在回路系统测试平台，实现微电网变换器硬件在回路仿真测试，是在微电网系统仿真模型中用受控电源作为被开发变换器及其目标电源的外部硬件试验与内部系统仿真试验的桥梁，由内部微电网能量管理系统为被开发变换器及其目标电源工作状态定性和定量，被开发变换器及其目标电源按系统要求在规定状态下定量输出或吸收能量，并将实际输出或吸收能量值通过接口模块反馈回内部微电网系统仿真模型，完成硬件与微电网系统仿真模型的闭环试验运行。
进一步地，所述变换器硬件在回路系统测试平台包括6对独立封装的IGBT模块、3对独立封装的二极管模块、电解电容模块、电压采集调理模块、电流采集调理模块、IGBT门极驱动模块、多电平供电模块、控制器接口模块和大功率散热器模块，并将所有电路模块集成于PCB电路板进行合理布局，所述6对独立封装的IGBT模块、3对独立封装的二极管模块和电解电容模块根据设计方案连接构成变换器主电路分别与变换器的目标电源、目标负载、电压采集调理模块、电流采集调理模块、IGBT门极驱动模块和大功率散热器模块连接，所述电压采集调理模块分别与变换器主电路、多电平供电模块和控制器接口模块连接，所述电流采集调理模块分别与变换器主电路、多电平供电模块和控制器接口模块连接，所述IGBT门极驱动模块分别与主电路中IGBT模块、多电平供电模块和控制器接口模块连接，所述多电平供电模块分别与IGBT门极驱动模块、电压采集调理模块和电流采集调理模块连接，所述控制器接口模块分别与IGBT门极驱动模块、电压采集调理模块、电流采集调理模块和目标计算机连接，所述大功率散热器模块分别与6对独立封装的IGBT模块和3对独立封装的二极管模块连接。
实施本发明上述所提供的一种微电网变换器硬件在回路系统测试平台，与现有技术相比，其直接带来的优点与积极效果如下：
本发明以微电网系统仿真模型代替实际微电网系统用于测试微电网变换器的性能，投资成本低、建设周期短、运行简单灵活、重复利用率高；提高了变换器的测试效率，及早发现并处理问题，提高了变换器研发的效率。
本发明将IGBT和二极管开关元件模块、电压采集调理模块、电流采集调理模块、IGBT门极驱动模块、多电平供电模块和控制器接口模块集成于PCB电路板，集成度高，设置多种接口，即插即用，接线灵活，可快速实现多种变换器的主电路，如：PWM整流器、PWM逆变器、双PWM背靠背电路、Buck和Boost电路等。
本发明对于实际微电网中不易出现的特殊或极端情况，也可通过本测试平台的模拟，从而检验微电网变换器在这些条件下的鲁棒性。
本发明PCB电路板布局合理，结构紧凑但不拥挤，各元件距离适中，同时采用PCB集成布线，布线密度高，体积小，重量轻，利于电子设备的小型化，节约成本，主电路与控制电路相互隔离，有效提高了系统的抗干扰能力，达到良好的电路性能和散热效果。
本发明IGBT门极驱动模块和电压采集调理模块采用单板形式，即插即用，便于更换，节约空间。
本发明通过微电网系统仿真模型模拟变换器运行环境，对所开发的变换器进行在线测试，及时发现问题并进行在线改造，直到满足功能要求，可以缩短传统变换器开发周期，简化传统开发过程，减少工作量，降低开发风险和成本。
附图说明
图1是本发明的结构框图。
图2是本发明的详细结构框图。
图3是本发明的平面结构示意图。
图4是本发明的剖面结构示意图。
图5是本发明具体实施方式1双向半桥结构DC/DC变换器的电路图。
图6是本发明具体实施方式1双向Buck/Boost结构DC/DC变换器的电路图。
图7是本发明具体实施方式1双向Cuk结构DC/DC变换器的电路图。
图8是本发明具体实施方式1双向Sepic结构DC/DC变换器的电路图。
图9是本发明具体实施例1测试蓄电池储能装置变换器的电路图。
图10是本发明具体实施例1测试结果图1。
图11是本发明具体实施例1测试结果图2。
图中：1：监控计算机；2：目标计算机；3：变换器硬件在回路系统测试平台；4-9：独立封装的IGBT模块；10-12：独立封装的二极管模块；13：电解电容模块；14-16：电压采集调理模块；17-22：电流采集调理模块；23：IGBT门极驱动模块；24：多电平供电模块；25：控制器接口模块；26：大功率散热器模块；27：外部蓄电池储能装置；28：外部模拟直流母线；29：外部电感；30：太阳能发电系统。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
具体实施方式1
如说明书附图所述，实施本发明所提供的一种微电网变换器硬件在回路系统测试平台，所述测试平台是基于Matlab/Simulink环境下，构建微电网系统仿真模型，同时搭建变换器主电路和控制电路，通过控制器接口模块25实现目标计算机2和变换器的通信，构成具有实际电压电流反馈的完整微电网变换器硬件在回路闭环实时仿真和快速开发系统。其具体实施方式如下：
一种微电网变换器硬件在回路系统测试平台，包括监控计算机1、目标计算机2、变换器硬件在回路系统测试平台3，所述监控计算机1与目标计算机2连接，所述控制器接口模块25用于连接变换器硬件在回路系统测试平台3与目标计算机2。
所述监控计算机1是用于建立微电网系统仿真模型，进行工况条件和外部参数的设定，并将仿真模型、工况条件和外部环境参数转换成C代码后，通过交叉编译生成供目标计算机2实时运行的目标程序，将微电网系统仿真模型通过数据线发送到目标计算机2上，作为可运行于实时操作系统上的应用程序；运行工况进行仿真测试时，微电网系统仿真模型实时产生需求的电压电流信号。
所述目标计算机2是根据产生的电压电流需求信号通过总线来控制变换器，对微电网变换器进行电压电流的加载。
所述微电网系统仿真模型，包括模拟母线、风力发电系统模型、太阳能发电系统模型、燃气轮机发电系统模型、蓄电池储能系统模型、输电电网系统模型、负载系统模型，所述微电网系统仿真模型依托监控计算机1在Matlab/Simulink环境下搭建除被开发变换器及其目标电源外的微电网系统仿真模型，在模型中用受控电源作为被开发变换器及其目标电源的外部硬件试验与内部系统仿真试验的桥梁，由内部微电网能量管理系统为被开发变换器及其目标电源工作状态定性和定量，目标计算机2及其目标电源按系统要求在规定状态下定量输出或吸收能量，并将实际输出或吸收能量值通过控制器接口模块25反馈回内部微电网系统仿真模型，完成硬件与微电网系统仿真模型的闭环试验运行。
所述变换器硬件在回路系统测试平台3，其特征在于，包括6对独立封装的IGBT模块4-9、3对独立封装的二极管模块10-12、电解电容模块13、电压采集调理模块14-16、电流采集调理模块17-22、IGBT门极驱动模块23、多电平供电模块24、控制器接口模块25和大功率散热器模块26，并将所有电路模块集成于PCB电路板进行合理布局，所述6对独立封装的IGBT模块4-9、3对独立封装的二极管模块10-12和电解电容模13块根据设计方案连接构成变换器主电路，并分别与变换器的目标电源、目标负载、电压采集调理模块14-16、电流采集调理模块17-22、IGBT门极驱动模块23和大功率散热模块26连接，所述电压采集调理模块14-16分别与多电平供电模块24、变换器主电路和控制器接口模块25连接，所述电流采集调理模块17-22分别与变换器主电路、多电平供电模块24和控制器接口模块25连接，所述IGBT门极驱动模块23分别与主电路中IGBT模块4-9、多电平供电模块24和控制器接口模块25连接，所述多电平供电模块24分别与IGBT门极驱动模块23、电压采集调理模块14-16和电流采集调理模块17-22连接，所述控制器接口模块25与IGBT门极驱动模块23、电压采集调理模块14-16、电流采集调理模块17-22和目标计算机2连接，所述大功率散热器模块26分别与6对独立封装的IGBT模块4-9和3对独立封装的二极管模块10-12连接。
所述6对独立封装的IGBT模块4-9、3对独立封装的二极管模块10-12和电解电容模13块根据设计方案连接构成变换器主电路，并分别与变换器目标电源和目标负载连接，其中电压、电流信号经电压采集调理模块14-16、电流采集调理模块17-22传送至控制器接口模块25。
所述电压采集调理模块14-16根据控制要求采集处理主电路中相关节点电压，转换成能够识别的标准信号，经控制器接口模块25送至目标计算机2进行运算处理，并设有分别与主电路和控制器接口模块25连接的接口。
所述电流采集调理模块17-22根据控制要求采集处理主电路中相关支路电流，转换成能够识别的标准信号，经控制器接口模块25送至目标计算机2进行运算处理，并设有分别与主电路和控制器接口模块25连接的接口。
所述IGBT门极驱动模块23将控制器接口模块25发出的控制信号处理为可驱动该平台IGBT模块的+15V、-5V开关电平，对IGBT开关元件进行驱动，并设有分别与控制器接口模块25、IGBT模块4-9和多电平供电模24块连接的接口。
所述多电平供电模块24将输入电源转化为IGBT门极驱动模块23所需的+12V工作电压、电压采集调理模块14-16所需的 
15V工作电压、电流采集调理模块17-22所需的
15V工作电压，并设有分别与IGBT门极驱动模块23、电压采集调理模块14-16和电流采集调理模块17-22连接的接口。
所述控制器接口模块25将电压采集调理模块14-16、电流采集调理模块17-22的输出信号传送至目标计算机2，同时将目标计算机2运算输出的控制信号传送至IGBT门极驱动模块23，实现对变换器的控制，并设有分别与电压采集调理模块14-16、电流采集调理模块17-22、IGBT门极驱动模块23和目标计算机2连接的接口。
所述大功率散热器模块26将6对独立封装的IGBT模块4-9和3对独立封装的二极管模块10-12底座通过导热性良好的硅脂安装于散热器上，起到对开关元件的散热和保护作用。
上述微电网变换器硬件在回路系统仿真测试方法如下：
如附图1所示，首先由监控计算机1在系统中完成微电网系统仿真模型的建立、模型下载和测试流程控制功能；由目标计算机2在系统中实时测试以及根据模型计算出相关的输入输出数据，对变换器硬件在回路系统测试平台进行加载。同时将目标计算机2配有通信单元，与监控计算机1及变换器硬件在回路系统测试平台3实现状态数据反馈与控制指令发送等功能。
如附图2所示，在具体实施时，监控计算机1用于在Matlab/Simulink环境中搭建微电网系统仿真模型，根据实际微电网系统配置，风力发电系统模型是一台或几台风力发电机组，太阳能发电系统模型是一组或几组太阳能电池，燃气轮机发电系统模型是一台或几台燃气轮机发电机，蓄电池储能系统模型是一组或几组锂电池，负载系统模型是纯电阻和感性电动机，输电电网系统模型是容量为无穷大的发电机，对模型相关参数进行配置，Matlab通过交叉编译的方法，将仿真模型编译成为可在目标计算机2上执行的代码，通过数据线下载到目标计算机2上。目标计算机2为实时运行平台，将监控计算机1和变换器硬件在回路系统测试平台3连接，并完成数字信号和模拟信号的相互转换，将物理模拟和数字模拟有机结合，目标计算机2通过实时采集变换器硬件在回路系统测试平台3的电压、电流信号，运行监控计算机1产生的关于模拟母线、风力发电、太阳能发电、燃气轮机发电、蓄电池储能、输电电网、负载构成的微电网系统仿真模型目标程序，输出相应的变换器控制信号，通过信号线传送到变换器硬件在回路系统测试平台3的IGBT门极驱动模块23，产生实际的+15V、-5V的电平来驱动IGBT。同时，在监控计算机1中根据内部控制逻辑来控制变换器的电压电流调制值以及对相关信息进行监测，这样变换器与目标计算机2就构成了一个闭环系统。
如附图5所示，为具体实施方式中在变换器硬件在回路系统测试平台3上搭建的双向半桥结构DC/DC变换器系统。根据附图5，首先外部蓄电池储能装置27与电解电容模块13通过接口并联，与外部电感29串联，然后外部电感29与电流采集调理模块17通过接口串联，再与IGBT模块4构成的半桥电路连接，半桥电路与电解电容模块13、外部模拟直流母线28通过接口连接，这样就构成目标变换器的主电路。电压采集调理模块14-15通过接口分别与半桥电路输入、输出端口连接，分别采集处理半桥电路输入、输出电压，经控制器接口模块25反馈至目标计算机2；电流采集调理模块17通过接口与半桥电路输入端口串联，采集处理半桥电路输入电流，经控制器接口模块25反馈至目标计算机2；IGBT门极驱动模块23分别与上下桥臂IGBT模块4连接，经控制器接口模块25接受目标计算机2的控制信号，转换为可控制IGBT模块4导通关断的+15V、-5V电平；多电平供电模块24将输入电源转化为IGBT门极驱动模块23所需的+12V工作电压、电流采集调理模块17所需的
15V工作电压，电压采集调理模块14-15所需的15V工作电压。这样就构成目标变换器的控制电路。通过控制电路将主电路中各处电压和电流信号经控制器接口模块25传出至目标计算机2，并将目标计算机2的控制信号传入至IGBT门极驱动模块23，继而对本实施例的双向DC/DC变换器进行恒压、恒流、变压、变流等蓄电池储能装置的充、放电控制策略进行研究与实现，也可进行储能装置对直流微电网电能质量影响等重要课题的探索与研究。
上述方法具体实施过程中，在Matlab/Simulink环境下搭建的仿真模型应先下载至目标计算机2中，并可通过监控计算机1的监控软件实现对内部微电网系统和外部被开发变换器及其目标电源的在线参量监测、在线模式切换、在线参数调节、软件数字滤波、软件电流保护、软件电压保护与开关死区保护等功能。
本测试平台的优势在于不受限于某种单一拓扑结构的变换器电路，如研究双向DC/DC变换器时，即可根据具体实验内容改变接线方式，进行如附图6所示的双向Buck/Boost结构、如附图7所示的双向Cuk结构和如附图8所示的双向Sepic结构多种拓扑变换器的研究，突破了传统变换器测试平台不可进行电力电子变换器拓扑结构研究的限制；同时，可进行太阳能发电系统、风能发电系统、燃气轮机发电系统中所适用的变换器的开发和测试。
具体实施例1
实施本发明所提供的一种微电网变换器硬件在回路系统测试平台，其优势还在于可以对已开发的微电网变换器进行硬件在回路仿真测试，以测试其性能是否满足要求。下面以利用本测试平台开发的蓄电池储能装置的变换器为例，进一步说明如下：
如附图9所示，外部蓄电池储能装置27与外部电感29串联后，与电流采集调理模块17通过接口串联，再与目标变换器的输入端连接，目标变换器的输出端口与外部模拟直流母线28通过接口连接，同时太阳能发电系统30经变换器与外部模拟直流母线28连接；电压采集调理模块14-15通过接口分别与目标变换器的输入、输出端口连接，分别采集处理目标变换器输入、输出电压，经控制器接口模块25反馈至目标计算机2；电流采集调理模块17通过接口与目标变换器输入端口串联，采集处理目标变换器输入电流，经控制器接口模块25反馈至目标计算机2；多电平供电模块24将输入电源转化为电流采集调理模块17所需的
15V工作电压，电压采集调理模块14-15所需的
15V工作电压。这样就构成测试蓄电池储能装置变换器的硬件电路。
光伏阵列选用英利公司YL-LW235太阳能电池板，蓄电池储能装置选用中航锂电公司产品，单体额定电压3.2V，标称容量40Ah，4块串联，出口额定电压12.8V，外部模拟直流母线额定电压40V。V dc 、V dref 分别为直流母线电压和额定电压，I B 为储能装置充放电电流，P PV 、P load 分别为太阳能发电功率和负荷消耗功率，SOC、SOC max 分别为储能装置充电状态及充电状态最大值。
在微电网系统仿真模型中用受控电源作为被开发变换器及其目标电源的外部硬件试验与内部系统仿真试验的桥梁，由内部微电网能量管理系统为被开发变换器及其目标电源工作状态定性和定量，被开发变换器及其目标电源按系统要求在规定状态下定量输出或吸收能量，并将实际输出或吸收能量值通过接口模块反馈回内部微电网系统仿真模型，完成硬件与微电网系统仿真模型的闭环试验运行。
试验运行结果如下：
直流微电网孤岛运行过程中，负荷变化会导致直流母线电压波动，系统能量平衡受到影响。如附图10所示，系统负荷突然增大导致直流母线电压降低， 当V dc <0.95V dref ，SOC>SOC min 时，储能装置充放电电流I B 从0逐渐升为3.8A，为系统提供能量，此时，降低的直流母线电压V dc 在储能装置的作用下很快恢复到额定值40V，系统能量达平衡。
直流微电网孤岛运行过程中，负荷消耗功率不变，太阳能发电功率大于负荷消耗时，系统需要对储能装置充电。如附图11所示，当V dc >0.95V dref ，SOC<SOC max 时，光伏阵列为储能装置充电，充放电电流I B =﹣0.7A直流母线电压保持恒定，能量达平衡，系统稳定运行。
上述本发明的具体实施方案解决了现有的微电网变换器开发与测试过程的缺点和不足，提供了一种既能满足微电网变换器开发和测试需要，又易于实现的微电网变换器硬件在回路系统测试平台作为变换器开发和测试的工具，有助于及时发现并处理问题，大大缩短变换器开发周期，减小测试风险，降低成本。
上述仅是本发明的一个具体实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些简单修改或修饰，均落在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种微电网变换器硬件在回路系统测试平台，包括监控计算机、目标计算机以及变换器硬件在回路系统测试平台，其特征在于：所述监控计算机与目标计算机设置于变换器硬件在回路系统测试平台，实现微电网变换器硬件在回路系统仿真测试；
所述监控计算机是用于建立微电网系统仿真模型，进行工况条件和外部参数的设定，并将仿真模型、工况条件和外部环境参数转换成C代码后，通过交叉编译生成供目标计算机实时运行的测试模型，再将微电网系统仿真模型通过数据线发送到目标计算机，作为运行于实时操作系统的应用程序；运行工况进行仿真实验时，微电网系统仿真模型实时产生需求的电压电流信号；
所述目标计算机是根据运行微电网系统仿真模型产生需求的电压电流信号，通过总线来控制微电网变换器，对微电网变换器进行电压电流加载；
所述变换器硬件在回路系统测试平台是设置有多电平供电模块，并由若干个独立封装的IGBT模块、二极管模块、电解电容模块和外部电感通过电气连接构成变换器主电路，并分别与变换器的目标电源、目标负载、电压采集调理模块、电流采集调理模块、IGBT门极驱动模块和大功率散热器模块连接，通过电压采集调理模块、电流采集调理模块和IGBT门极驱动模块经由控制器接口模块与目标计算机连接构成闭环系统，并将各模块集成于PCB电路板；
所述微电网变换器硬件在回路仿真测试是基于Matlab/Simulink环境，由监控计算机建立微电网系统仿真模型，进行工况条件和外部参数的设定，并将仿真模型、工况条件和外部环境参数转换成C代码后，通过交叉编译生成供目标计算机实时运行的目标程序，将微电网系统仿真模型通过数据线发送到目标计算机，作为运行于实时操作系统的应用程序；运行工况进行仿真测试时，微电网系统仿真模型实时产生需求的电压电流信号；目标计算机根据产生的电压电流需求信号通过总线来控制微电网变换器，对微电网变换器进行电压电流的加载；变换器硬件在回路系统测试平台用于搭建变换器主电路和控制电路，通过控制器接口模块实现目标计算机和变换器的通信，构成具有实际电压电流反馈的完整微电网变换器硬件在回路闭环实时仿真测试和快速开发系统；
所述多电平供电模块分别与IGBT门极驱动模块、电压采集调理模块、电流采集调理模块连接，将输入电源转化为IGBT门极驱动模块、电压采集调理模块、电流采集调理模块的工作电压；
所述电压采集调理模块分别与多电平供电模块、变换器主电路和控制器接口模块连接，根据控制要求采集处理主电路中相关节点电压，转换成能够识别的标准信号，经控制器接口模块送至目标计算机进行运算处理；
所述电流采集调理模块分别与多电平供电模块、变换器主电路和控制器接口模块连接，根据控制要求采集处理主电路中相关支路电流，转换成能够识别的标准信号，经控制器接口模块送至目标计算机进行运算处理；
所述IGBT门极驱动模块分别与多电平供电模块、目标计算机、主电路中IGBT模块和控制器接口模块连接，将目标计算机发出的控制信号处理为可驱动该平台IGBT模块的开关电平，控制IGBT模块的导通与关断；
所述控制器接口模块是将电压采集调理模块、电流采集调理模块的输出信号传送至目标计算机，同时将目标计算机运算输出的控制信号传送至IGBT门极驱动模块，实现对变换器的控制；
所述微电网系统仿真模型是通过模拟母线将风力发电系统模型、太阳能发电系统模型、燃气轮机发电系统模型、蓄电池储能系统模型、输电电网系统模型和负载系统模型连接构成。
2.如权利要求1所述一种微电网变换器硬件在回路系统测试平台，其特征在于：所述监控计算机与目标计算机设置于变换器硬件在回路系统测试平台，实现微电网变换器硬件在回路仿真测试，是在微电网系统仿真模型中用受控电源作为被开发变换器及其目标电源的外部硬件试验与内部系统仿真试验的桥梁，由内部微电网能量管理系统为被开发变换器及其目标电源工作状态定性和定量，被开发变换器及其目标电源按系统要求在规定状态下定量输出或吸收能量，并将实际输出或吸收能量值通过接口模块反馈回内部微电网系统仿真模型，完成硬件与微电网系统仿真模型的闭环试验运行。
3.如权利要求1所述一种微电网变换器硬件在回路系统测试平台，其特征在于：所述变换器硬件在回路系统测试平台包括6对独立封装的IGBT模块、3对独立封装的二极管模块、电解电容模块、电压采集调理模块、电流采集调理模块、IGBT门极驱动模块、多电平供电模块、控制器接口模块和大功率散热器模块，并将所有电路模块集成于PCB电路板进行合理布局，所述6对独立封装的IGBT模块、3对独立封装的二极管模块和电解电容模块根据设计方案连接构成变换器主电路分别与变换器的目标电源、目标负载、电压采集调理模块、电流采集调理模块、IGBT门极驱动模块和大功率散热器模块连接，所述电压采集调理模块分别与变换器主电路、多电平供电模块和控制器接口模块连接，所述电流采集调理模块分别与变换器主电路、多电平供电模块和控制器接口模块连接，所述IGBT门极驱动模块分别与主电路中IGBT模块、多电平供电模块和控制器接口模块连接，所述多电平供电模块分别与IGBT门极驱动模块、电压采集调理模块和电流采集调理模块连接，所述控制器接口模块分别与IGBT门极驱动模块、电压采集调理模块、电流采集调理模块和目标计算机连接，所述大功率散热器模块分别与6对独立封装的IGBT模块和3对独立封装的二极管模块连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310562120.6A CN103558478B (zh) | 2013-11-13 | 2013-11-13 | 一种微电网变换器硬件在回路系统测试平台 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310562120.6A CN103558478B (zh) | 2013-11-13 | 2013-11-13 | 一种微电网变换器硬件在回路系统测试平台 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103558478A true CN103558478A (zh) | 2014-02-05 |
| CN103558478B CN103558478B (zh) | 2016-01-20 |
Family
ID=50012780
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310562120.6A Expired - Fee Related CN103558478B (zh) | 2013-11-13 | 2013-11-13 | 一种微电网变换器硬件在回路系统测试平台 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103558478B (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106249618A (zh) * | 2016-08-31 | 2016-12-21 | 北京群菱能源科技有限公司 | 微电网实时控制测试系统 |
| CN106814263A (zh) * | 2015-11-27 | 2017-06-09 | 中国电力科学研究院 | 一种半实物仿真并网检测系统及方法 |
| CN111707886A (zh) * | 2020-05-19 | 2020-09-25 | 国网山西省电力公司电力科学研究院 | 一种微电网储能变换器实证测试平台 |
| CN115327178A (zh) * | 2022-08-19 | 2022-11-11 | 广东电网有限责任公司佛山供电局 | 一种电气检测系统、方法及接线转换装置 |
| CN115980493A (zh) * | 2023-01-03 | 2023-04-18 | 广州市德珑电子器件有限公司 | 多电感的光伏逆变器测试方法、装置、设备以及存储介质 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100148587A1 (en) * | 2008-12-17 | 2010-06-17 | Alireza Khaligh | Multiple-input dc-dc converter |
| CN102355057A (zh) * | 2011-09-25 | 2012-02-15 | 国网电力科学研究院 | 微电网系统计算机监控方法 |
| US20130049471A1 (en) * | 2011-08-24 | 2013-02-28 | Vladislav Oleynik | Multipurpose, universal Converter with battery control and real-time Power Factor Correction. |
| US8447435B1 (en) * | 2010-04-15 | 2013-05-21 | Science Applications International Corporation | System and method for routing power across multiple microgrids having DC and AC buses |
| CN203178388U (zh) * | 2013-04-24 | 2013-09-04 | 国电联合动力技术有限公司 | 一种基于rtds的微电网试验测试平台 |
| CN103296676A (zh) * | 2012-02-24 | 2013-09-11 | 国家电网公司 | 微电网的仿真系统 |
| CN103345227A (zh) * | 2013-07-02 | 2013-10-09 | 东南大学 | 一种微电网监测与能量管理装置及方法 |
-
2013
- 2013-11-13 CN CN201310562120.6A patent/CN103558478B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100148587A1 (en) * | 2008-12-17 | 2010-06-17 | Alireza Khaligh | Multiple-input dc-dc converter |
| US8447435B1 (en) * | 2010-04-15 | 2013-05-21 | Science Applications International Corporation | System and method for routing power across multiple microgrids having DC and AC buses |
| US20130049471A1 (en) * | 2011-08-24 | 2013-02-28 | Vladislav Oleynik | Multipurpose, universal Converter with battery control and real-time Power Factor Correction. |
| CN102355057A (zh) * | 2011-09-25 | 2012-02-15 | 国网电力科学研究院 | 微电网系统计算机监控方法 |
| CN103296676A (zh) * | 2012-02-24 | 2013-09-11 | 国家电网公司 | 微电网的仿真系统 |
| CN203178388U (zh) * | 2013-04-24 | 2013-09-04 | 国电联合动力技术有限公司 | 一种基于rtds的微电网试验测试平台 |
| CN103345227A (zh) * | 2013-07-02 | 2013-10-09 | 东南大学 | 一种微电网监测与能量管理装置及方法 |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106814263A (zh) * | 2015-11-27 | 2017-06-09 | 中国电力科学研究院 | 一种半实物仿真并网检测系统及方法 |
| CN106249618A (zh) * | 2016-08-31 | 2016-12-21 | 北京群菱能源科技有限公司 | 微电网实时控制测试系统 |
| CN111707886A (zh) * | 2020-05-19 | 2020-09-25 | 国网山西省电力公司电力科学研究院 | 一种微电网储能变换器实证测试平台 |
| CN115327178A (zh) * | 2022-08-19 | 2022-11-11 | 广东电网有限责任公司佛山供电局 | 一种电气检测系统、方法及接线转换装置 |
| CN115327178B (zh) * | 2022-08-19 | 2024-01-05 | 广东电网有限责任公司佛山供电局 | 一种电气检测系统、方法及接线转换装置 |
| CN115980493A (zh) * | 2023-01-03 | 2023-04-18 | 广州市德珑电子器件有限公司 | 多电感的光伏逆变器测试方法、装置、设备以及存储介质 |
| CN115980493B (zh) * | 2023-01-03 | 2023-11-07 | 广州市德珑电子器件有限公司 | 多电感的光伏逆变器测试方法、装置、设备以及存储介质 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103558478B (zh) | 2016-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chen et al. | Design and implementation of energy management system with fuzzy control for DC microgrid systems | |
| CN106649927B (zh) | 一种基于fpga的电力电子元件实时仿真组合建模方法 | |
| CN103715719B (zh) | 一种适用于电力系统全过程动态仿真的光伏模型建模方法 | |
| CN106054672A (zh) | 基于rt‑lab的真实微电网运行动态仿真测试平台 | |
| CN103558478B (zh) | 一种微电网变换器硬件在回路系统测试平台 | |
| CN104155616B (zh) | 一种光伏系统变流器测试平台 | |
| CN203561844U (zh) | 一种基于ni-pxi分布式新能源发电系统的数字物理混合仿真平台 | |
| CN102412598B (zh) | 小型智能双向自适应光伏并网发电系统及控制方法 | |
| CN102436534B (zh) | 一种电力系统仿真方法 | |
| CN110286606B (zh) | 一种基于半实物仿真的综合能源微电网控制实验系统 | |
| CN108400624A (zh) | 锂电池充放电测试方法及装置 | |
| CN103645645A (zh) | 电力机车辅助控制单元半实物仿真平台 | |
| CN106779374A (zh) | 光伏发电传输最大功率储能优化建模方法 | |
| CN105182791A (zh) | 一种基于rtds的光伏发电系统数字物理混合仿真系统 | |
| CN105429130B (zh) | 基于RTDS和dSPACE的微电网仿真实验系统及方法 | |
| CN102117570A (zh) | 一种智能光伏仿真实验系统 | |
| Roa et al. | A benchtop DC microgrid for renewable energy sources integration | |
| CN115792450A (zh) | 一种混合储能变流器仿真测试系统和性能检测方法 | |
| CN105207340A (zh) | 一种风光互补新能源应用实验平台 | |
| CN104698859A (zh) | 分布式能源发电实验系统 | |
| CN203812087U (zh) | 一种风光互补发电系统测试装置 | |
| CN210867281U (zh) | 多能互补的园区智能微电网系统 | |
| CN104158246B (zh) | 一种风电储能运行控制方法 | |
| CN203706540U (zh) | 基于清洁能源与市电互补应用的智能微网运行培训平台 | |
| CN102419405A (zh) | 对兆瓦级储能站控制保护装置进行闭环试验的系统及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160120 |