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案例分享 | 沈陽化工大學(xué)—基于源網(wǎng)荷分布式新能源發(fā)電及微電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
發(fā)布時(shí)間：
2023-05-31 14:49
來源：
原創(chuàng)
沈陽化工大學(xué)為省屬本科高校，始建于1952年，時(shí)名沈陽化學(xué)工業(yè)技術(shù)學(xué)校，1958年組建沈陽化工學(xué)院，2010年更為現(xiàn)名?；瘜W(xué)工程與技術(shù)入選省一流學(xué)科建設(shè)名單。學(xué)校黨委榮獲“遼寧省先進(jìn)黨組織”、全省高校首批黨建工作示范高校等榮譽(yù)稱號(hào)。
信息工程學(xué)院源于1952年建校伊始設(shè)立的電機(jī)科，是沈陽化工大學(xué)辦學(xué)史上最早建設(shè)的三個(gè)院系之一。學(xué)院在學(xué)校“應(yīng)用型”人才培養(yǎng)定位指導(dǎo)下，堅(jiān)持本科教學(xué)主導(dǎo)地位，積極推動(dòng)專業(yè)建設(shè)，獲得國家教學(xué)成果二等獎(jiǎng)、遼寧省教學(xué)成果一等獎(jiǎng)等多項(xiàng)教學(xué)成果。電氣工程及其自動(dòng)化、自動(dòng)化兩個(gè)專業(yè)成功入選國家一流本科專業(yè)；測控技術(shù)與儀器、電子信息工程、電子科學(xué)與技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)工程4個(gè)專業(yè)入選遼寧省一流本科示范專業(yè)；自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化、測控技術(shù)與儀器三個(gè)專業(yè)通過國家工程教育認(rèn)證，專業(yè)建設(shè)水平居國內(nèi)同類院校和省屬高校領(lǐng)先地位。
基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)建設(shè)項(xiàng)目
基于源網(wǎng)荷分布式新能源發(fā)電及微電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
依托本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以完成《電力電子技術(shù)》、《電力系統(tǒng)分析》、《供配電技術(shù)》、《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)》、《電機(jī)控制技術(shù)》、《新能源發(fā)電技術(shù)》、《配電網(wǎng)絡(luò)》等教學(xué)實(shí)驗(yàn)，還可以完成相關(guān)課程的課程設(shè)計(jì)、專業(yè)綜合設(shè)計(jì)、實(shí)踐創(chuàng)新設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)；同時(shí)，該平臺(tái)可作為“大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽”“大學(xué)生挑戰(zhàn)杯”“互聯(lián)網(wǎng)+大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”等競賽的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。此外，依托該平臺(tái)還可以開展與分布式電源并網(wǎng)和微電網(wǎng)系統(tǒng)相關(guān)的科研工作，培養(yǎng)一批面向智能微電網(wǎng)、新能源發(fā)電領(lǐng)域前沿科技的人才，滿足當(dāng)前國內(nèi)新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)的需求。
依托本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以完成《電力電子技術(shù)》、《電力系統(tǒng)分析》、《供配電技術(shù)》、《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)》、《電機(jī)控制技術(shù)》、《新能源發(fā)電技術(shù)》、《配電網(wǎng)絡(luò)》等教學(xué)實(shí)驗(yàn)，還可以完成相關(guān)課程的課程設(shè)計(jì)、專業(yè)綜合設(shè)計(jì)、實(shí)踐創(chuàng)新設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)；同時(shí)，該平臺(tái)可作為“大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽”“大學(xué)生挑戰(zhàn)杯”“互聯(lián)網(wǎng)+大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”等競賽的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。此外，依托該平臺(tái)還可以開展與分布式電源并網(wǎng)和微電網(wǎng)系統(tǒng)相關(guān)的科研工作，培養(yǎng)一批面向智能微電網(wǎng)、新能源發(fā)電領(lǐng)域前沿科技的人才，滿足當(dāng)前國內(nèi)新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)的需求。
一、基于該平臺(tái)，新開的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目具體包括以下幾大類：
1、光伏發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
1）光伏系統(tǒng)整體原理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)（基礎(chǔ)）
2）光伏模擬源操作實(shí)驗(yàn)（基礎(chǔ)）
3）光伏變流器操作實(shí)驗(yàn)（基礎(chǔ)）
4）模擬量電壓采集實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證）
5）光伏穩(wěn)定直流電壓實(shí)驗(yàn)（研究）
6）光伏恒功率并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)（研究）
7）光伏最大功率點(diǎn)跟蹤實(shí)驗(yàn)（研究）
8）光伏并網(wǎng)運(yùn)行控制策略實(shí)驗(yàn)（創(chuàng)新）
9）控制采集板、驅(qū)動(dòng)功率板等硬件原理實(shí)驗(yàn)（開源）
10）DSP的入門、使用和燒寫實(shí)驗(yàn)（開源）
11）CCS軟件使用（開源）
12）軟件開發(fā)流程講解（開源）
2、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
（1）直驅(qū)式平臺(tái)實(shí)驗(yàn)
1）直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)整體原理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)（基礎(chǔ)）
2）自然風(fēng)模擬操作實(shí)驗(yàn)（基礎(chǔ)）
3）風(fēng)力背靠背變流器操作實(shí)驗(yàn)（基礎(chǔ)）
4）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與輸出電壓關(guān)系實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證）
5）背靠背式變流器電壓采集實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證）
6）發(fā)電機(jī)標(biāo)量式定功率并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證）
7）發(fā)電機(jī)矢量式MPPT并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)（研究）
8）背靠背變流器控制方法研究實(shí)驗(yàn)（創(chuàng)新）
9）控制采集板、驅(qū)動(dòng)功率板等板卡硬件原理（開源）
10）DSP的入門、使用和燒寫實(shí)驗(yàn)（開源）
11）CCS軟件使用（開源）
12）軟件開發(fā)流程講解（開源）
（2）雙饋式平臺(tái)實(shí)驗(yàn)
1）雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)整體原理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)（基礎(chǔ)）
2）自然風(fēng)模擬實(shí)驗(yàn)（基礎(chǔ)）
3）背靠背變流器操作實(shí)驗(yàn)
4）背靠背式變流器模擬量采集實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證）
5）發(fā)電機(jī)起勵(lì)實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證）
6）發(fā)電機(jī)空載同步并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證）
7）發(fā)電機(jī)變速恒頻并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證）
8）發(fā)電機(jī)矢量式MPPT并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)（研究）
9）背靠背變流器控制方法研究實(shí)驗(yàn)（創(chuàng)新）
10）控制采集板、驅(qū)動(dòng)功率板等板卡硬件原理（開源）
11）DSP的入門、使用和燒寫實(shí)驗(yàn)（開源）
12）CCS軟件使用（開源）
13）軟件開發(fā)流程講解（開源）
3、儲(chǔ)能平臺(tái)實(shí)驗(yàn)
1）儲(chǔ)能系統(tǒng)整體原理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)（基礎(chǔ)）
2）BMS電池管理系統(tǒng)操作實(shí)驗(yàn)（基礎(chǔ)）
3）雙向DC/AC恒流放電控制實(shí)驗(yàn)（研究）
4）雙向DC/AC恒流充電控制實(shí)驗(yàn)（研究）
5）雙向DC/AC恒功率放電控制實(shí)驗(yàn)（研究）
6）雙向DC/AC恒功率充電控制實(shí)驗(yàn)（研究）
7）雙向DC/AC能量自動(dòng)雙向流動(dòng)實(shí)驗(yàn)（創(chuàng)新）
8）控制采集板、驅(qū)動(dòng)功率板等板卡硬件原理（開源）
9）DSP的入門、使用和燒寫實(shí)驗(yàn)（開源）
10）CCS軟件使用（開源）
11）軟件開發(fā)流程講解（開源）
4、Simunlink模型控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)：
（1）電力電子基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)
1）電力電子技術(shù)概念（基礎(chǔ)）
2）電力電子器件概述（基礎(chǔ)）
3）Matlab及Simulink介紹（研究）
（2）脈寬調(diào)制PWM
1）PWM的基本原理和控制方法（基礎(chǔ)）
2）PWM在Simulink的生成（研究）
3）SPWM的基本原理和控制方法（基礎(chǔ)）
4）SPWM在Simulink的生成（研究）
（3）DC-DC直流斬波
1）Boost升壓原理和功率硬件電路分析（基礎(chǔ)）
2）Boost升壓電路Simulink離線仿真實(shí)驗(yàn)（研究）
3）Boost升壓電路半實(shí)物電力平臺(tái)仿真實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證）
4）Buck降壓原理和功率硬件電路分析（基礎(chǔ)）
5）Buck降壓電路Simulink離線仿真實(shí)驗(yàn)（研究）
6）Buck降壓電路半實(shí)物電力平臺(tái)仿真實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證）
（4）AC-DC交流-直流整流
1） 單相全橋PWM整流原理和電路分析（基礎(chǔ)）
2） Simulink離線仿真--單相全橋PWM整流電路（研究）
3）快速原型控制仿真--單相全橋PWM整流電路（驗(yàn)證）
（5）DC-AC直流-交流逆變
4.1 單相全橋獨(dú)立逆變原理與電路分析（基礎(chǔ)）
4.2 Simulink離線仿真--單相全橋獨(dú)立逆變電路（研究）
4.3 快速原型控制仿真--單相全橋獨(dú)立逆變電路（驗(yàn)證）
4.4 單相全橋并網(wǎng)逆變原理與電路分析（基礎(chǔ)）
4.5 Simulink離線仿真--單相全橋并網(wǎng)逆變電路（研究）
4.6 快速原型控制仿真--單相全橋并網(wǎng)逆變電路（驗(yàn)證）
5、微電網(wǎng)系統(tǒng)整體實(shí)驗(yàn)
1）微電網(wǎng)系統(tǒng)整體原理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)（基礎(chǔ)）
2）微電網(wǎng)系統(tǒng)整體操作實(shí)驗(yàn)（基礎(chǔ)）
3）SCADA監(jiān)控系統(tǒng)操作實(shí)驗(yàn)（基礎(chǔ)）
4）能量調(diào)度系統(tǒng)操作實(shí)驗(yàn)（基礎(chǔ)）
5）微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)（研究）
6）微電網(wǎng)離網(wǎng)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)（研究）
7）微電網(wǎng)并轉(zhuǎn)離運(yùn)行實(shí)驗(yàn)（創(chuàng)新）
8）微電網(wǎng)離轉(zhuǎn)并運(yùn)行實(shí)驗(yàn)（創(chuàng)新）
9）微電網(wǎng)孤島運(yùn)行下負(fù)荷與母線變化關(guān)系實(shí)驗(yàn)（研究）
10）微電網(wǎng)孤島運(yùn)行下微源、負(fù)荷與儲(chǔ)能系統(tǒng)變化關(guān)系實(shí)驗(yàn)（研究）
11）能量管理調(diào)度策略-系統(tǒng)出力控制（創(chuàng)新）
二、系統(tǒng)特點(diǎn)
基于源-網(wǎng)-荷分布式新能源發(fā)電及微電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)主要針對新能源專業(yè)的老師/學(xué)生而開發(fā)的微電網(wǎng)科研/教學(xué)設(shè)備。系統(tǒng)的核心在于中央控制與能量調(diào)配，本系統(tǒng)采用集中管理的方式對一次側(cè)接入進(jìn)行電能調(diào)度分配；
（1）可實(shí)現(xiàn)模擬光伏，模擬風(fēng)電、蓄電池、超級電容、模擬負(fù)載、燃料電池、充電樁等多種一次側(cè)設(shè)備的互聯(lián)，各個(gè)設(shè)備都單獨(dú)可控，通過IEC61850規(guī)約，實(shí)現(xiàn)四遙數(shù)據(jù)的控制。
（2）系統(tǒng)中既可包含交流母線，又可具備直流母線，兩種母線混合在一起，可提供更多的研究實(shí)驗(yàn)和更靈活的能量管理策略。
（3）可實(shí)現(xiàn)智能并離網(wǎng)（并網(wǎng)與孤島狀態(tài)）切換，既可以并網(wǎng)運(yùn)行，也可以孤網(wǎng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無縫切換，且多種運(yùn)行模式相互自動(dòng)或手動(dòng)方式切換。各子系統(tǒng)可以獨(dú)立完成相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。
（4）實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)整體系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備管理、功率控制、電能質(zhì)量監(jiān)測、用電計(jì)劃設(shè)定等。
（5）將接入微電網(wǎng)的負(fù)荷進(jìn)行分級管理實(shí)時(shí)監(jiān)測、顯示、記錄微網(wǎng)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，具有本地監(jiān)控和遠(yuǎn)程監(jiān)控兩種控制方式
（7）配置分級保護(hù)和計(jì)量裝置，在微電網(wǎng)內(nèi)部故障、外部故障情況下，均保證其準(zhǔn)確、快速動(dòng)作，使系統(tǒng)安全運(yùn)行。
（8）針對高校學(xué)生，充分考慮了學(xué)生的具體知識(shí)結(jié)構(gòu)與層次，使得學(xué)生可以充分理解微電網(wǎng)的特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)；學(xué)生可以在本系統(tǒng)中進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、軟件控制等多個(gè)專業(yè)的知識(shí)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)。
（9）針對做科研的老師，開放部分一次側(cè)設(shè)備的軟硬件資料，包括板級硬件圖紙以及軟件驅(qū)動(dòng)源代碼、算法源代碼等，開放上位機(jī)軟件的源代碼程序。提供整體的系統(tǒng)的基礎(chǔ)開發(fā)平臺(tái)，方便用戶二次開放，提供詳細(xì)而豐富的培訓(xùn)課程，使用戶可快速入門并掌握整體系統(tǒng)，大大提高科研實(shí)驗(yàn)的效率。
（10）自主研發(fā)的RCP快速原型仿真控制器，實(shí)現(xiàn)數(shù)字物理混合仿真。
三、系統(tǒng)架構(gòu)
系統(tǒng)由發(fā)電側(cè)系列設(shè)備、儲(chǔ)能側(cè)系列設(shè)備、用電側(cè)系列設(shè)備、二次側(cè)控制設(shè)備、配電保護(hù)及測量設(shè)備等幾個(gè)部分組成，每個(gè)部分都可按照客戶的需求進(jìn)行靈活搭配。
基于源網(wǎng)荷分布式新能源發(fā)電及微電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)浼軜?gòu)
1、直流母線、交流母線
2、光伏模擬/真實(shí)系統(tǒng)
3、風(fēng)機(jī)模擬/真實(shí)系統(tǒng)
4、鋰電/超級電容/水電儲(chǔ)能系統(tǒng)
5、模擬分級負(fù)載系統(tǒng)
6、柴油機(jī)模擬系統(tǒng)/充電樁負(fù)載
7、故障模擬系統(tǒng)
8、微電網(wǎng)控制系統(tǒng)
9、能量管理調(diào)度系統(tǒng)
10、配電保護(hù)系統(tǒng)
四、實(shí)際項(xiàng)目現(xiàn)場照片：
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