一种微电网实验教学装置

技术特征：
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电阻抗网d与所述第二直流供电端口相连；采用所述电阻抗网络d时，所述电阻抗网络d直流输入端与所述第二直流供电端口相连，所述电阻抗网络d直流输出端与所述变流器b直流供电端相连；所述电阻抗网络f用于抑制交流回路中的零序电流，采用所述电阻抗网络f时，所述电阻抗网络f交流输入端与所述电阻抗网络b交流输出端相连，所述电阻抗网络f交流输出端与所述电流控制型变流器的交流输出端相连。4.根据权利要求1所述的微电网实验教学装置，其特征在于，所述电压型变流器控制器包括：二次控制器，用于根据电压型变流器交流输出端口的电压调整下垂控制中的幅值给定和频率给定，所述二次控制器的输入为上位机的给定信号，输出为下垂控制器的输入；下垂控制器，用于根据电压型变流器交流输出端口的功率计算得到底层控制器的电压参考值，所述下垂控制器的输入为上位机的给定信号和二次控制器的输出，所述下垂控制器的输出为第一底层控制器的输入；第一底层控制器，包括闭环电压控制器和开环电压控制器，用于控制电压控制型变流器交流输出端口的电压，同一时刻只有一个控制器工作，另一个关闭；所述第一底层控制器的输入为电压参考值，来自于下垂控制器或者上位机的给定信号，所述第一底层控制器的输出信号为脉宽调制器a的调制信号；脉宽调制器a，所述脉宽调制器a的输入为所述闭环电压控制器或者所述开环电压控制器的输出，所述脉宽调制器a的输出为电压控制型变流器的开关信号。5.根据权利要求1所述的微电网实验教学装置，其特征在于，所述电流型变流器控制器包括：主从控制器，用于根据电压控制型变流器的输出电流、负载电流或者装置交流输出端口的电流得到底层控制器的电流参考值；主从控制器的输入为电压控制型变流器的输出电流、负载电流或者装置交流输出端口的电流，主从控制器的输出为第二底层控制器的输入；第二底层控制器，包括dq轴电流控制器和dq0轴电流控制器，用于控制电流控制型变流器交流输出端口的电流，同一时刻只有一个控制器工作，另一个关闭；第二底层控制器的输入为电流参考值，来自于主从控制或者上位机的给定信号，第二底层控制器的输出信号为脉宽调制器b的调制信号；脉宽调制器b，所述脉宽调制器b的输入为dq轴电流控制器的输出或者dq0轴电流控制器的输出，所述脉宽调制器b的输出为电流控制型变流器的开关信号。
6.根据权利要求1所述的微电网实验教学装置，其特征在于，所述控制模式调整界面包括控制模式调整界面a和控制模式调整界面b；所述控制模式调整界面a用于所述电压型变流器控制器中的二次控制、下垂控制、闭环电压控制、开环电压控制的使能，以及电压控制型变流器控制器的开启和关机；所述控制模式调整界面b用于所述电流型变流器控制器中的主从控制、dq轴电流控制、dq0轴电流控制器的使能，以及电流控制型变流器的开启和关机。7.根据权利要求1所述的微电网实验教学装置，其特征在于，所述控制参数调整界面包括控制参数调整界面a和控制参数调整界面b；所述控制参数调整界面a用于输入电压型变流器控制器中所有控制的相关参数；所述控制参数调整界面b用于输入电流型变流器控制器中所有控制的相关参数。8.根据权利要求1所述的微电网实验教学装置，其特征在于，所述装置状态显示界面用于直接显示采样得到的电压和电流以及经过信号处理之后的信号，其中，所述信号处理包括幅值计算、频率计算、坐标变换和功率计算中的任意一种或几种；所述装置状态显示界面能够灵活切换显示的信号。9.根据权利要求1-8任一项所述的微电网实验教学装置，其特征在于，多台实验教学装置的直流侧通过直流继电器和直流二极管与直流源相连，实现多台实验教学装置的共同供电；多台实验教学装置的交流侧通过交流断路器相连，实现灵活的功能和系统扩展。10.根据权利要求9所述的微电网实验教学装置，其特征在于，通过选择单台实验教学装置的控制器，实现多种控制器在实验教学装置上的复现；通过控制交流断路器的开关，实现多台实验教学装置的连接，从而实现控制结构在更复杂电路中的复现。

技术总结
本发明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。


技术研发人员：马柯 王嘉石 许少伦
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2022.09.22
技术公布日：2022/11/29