一、現(xiàn)代電力電子技術(shù)發(fā)展闡述

1.1 電力電子在現(xiàn)代工業(yè)中的重要角色

電力電子技術(shù)作為門新興的交叉學(xué)科，在能源革命中扮演著重要角色，電力電子技術(shù)的應(yīng)用必須要進(jìn)行相應(yīng)的充分準(zhǔn)備才能將其優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到最大，否則該技術(shù)的潛能不能得到工程技術(shù)人員的深刻認(rèn)識(shí)，或者預(yù)期的節(jié)能效果也可能會(huì)因?yàn)殄e(cuò)誤的參數(shù)設(shè)置而無法實(shí)現(xiàn)。 

現(xiàn)代工業(yè)對(duì)電氣工程技術(shù)人員的專業(yè)素質(zhì)提出越來越高的要求，電力電子專業(yè)人員不僅要具備扎實(shí)的理論知識(shí)、全面的計(jì)劃能力，還要掌握接線和參數(shù)設(shè)置等實(shí)踐技能。因此，面向技術(shù)應(yīng)用的高等工程必須要強(qiáng)調(diào)實(shí)踐導(dǎo)向。
1.2 現(xiàn)代電氣傳動(dòng)技術(shù)的開發(fā)和分析工具

為了應(yīng)對(duì)技術(shù)變革帶來的挑戰(zhàn)，現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)迫切需要高素質(zhì)的工程技術(shù)人才，除了掌握扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，他們還要熟悉并掌握在工程技術(shù)中廣泛應(yīng)用的高效工具的使用方法。在全球范圍內(nèi)，Matlab®/ Simulink®編程語言已成為科學(xué)技術(shù)計(jì)算和仿真的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。借助Matlab®/ Simulink®高級(jí)語言及其數(shù)值計(jì)算、可視化和編程等交互環(huán)境，驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)的開發(fā)周期得到大幅縮短。當(dāng)前，電力電子技術(shù)的應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)大。這些工業(yè)化的工具使用過程十分復(fù)雜，因此必須通過理論聯(lián)系實(shí)際的方式，特別是借助實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和“半實(shí)物仿真"的實(shí)驗(yàn)方式，進(jìn)行系統(tǒng)地傳授和學(xué)習(xí)。在培養(yǎng)未來工程師的方面，高等院校都有義不容辭的責(zé)任。
1.3 基于模型開發(fā)MBD半實(shí)物仿真

研旭驅(qū)動(dòng)控制器可通過編程接口實(shí)現(xiàn)自由編程。借助YXSPACE-SP1000實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可在Matlab®/Simulink®中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜變速驅(qū)動(dòng)的快速仿真，然后將生成的代碼程序?qū)懭腧?qū)動(dòng)控制器中。在可變負(fù)載條件下，學(xué)生還可以使用拓展工具對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)雜分析。Matlab®/Simulink®是高等院校廣泛使用的實(shí)驗(yàn)和科研軟件，研旭電力電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)硬件系統(tǒng)與該軟件的實(shí)時(shí)互動(dòng)操作，為電力電子和驅(qū)動(dòng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研提供了一種新方式。

二、南京研旭儲(chǔ)能系統(tǒng)技術(shù)

儲(chǔ)能系統(tǒng)是指將電能等形式的能量，通過不同媒介存儲(chǔ)起來，在有需要的時(shí)候再將其釋放的一種系統(tǒng)。
按照存儲(chǔ)方式的不同，可以分為化學(xué)儲(chǔ)能和物理儲(chǔ)能。化學(xué)儲(chǔ)能包括氫、碳?xì)洹⑻細(xì)溲踹€有電化學(xué)儲(chǔ)能方式。電化學(xué)儲(chǔ)能中又包括鋰離子電池、液流電池、鉛蓄電池和鈉基電池等。物理儲(chǔ)能則有抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能和儲(chǔ)能等。

鋰離子電池作為目前應(yīng)用最多的儲(chǔ)能方式，擁有能量密度高、響應(yīng)速率快、放電時(shí)間長的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)則是價(jià)格較高，預(yù)計(jì)在未來一段時(shí)間內(nèi)都是儲(chǔ)能系統(tǒng)的主要方式。

儲(chǔ)能系統(tǒng)一般由鋰電池組、電池管理系統(tǒng)（BMS）、變流器系統(tǒng)（PCS）組成。

三、系統(tǒng)特點(diǎn)

YX-BDP1000儲(chǔ)能教學(xué)科研實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

√ 系統(tǒng)采用真實(shí)鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，磷酸鐵鋰電池的充電/放電、電池管理系統(tǒng)BMS控制均達(dá)到工業(yè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。
√ 系統(tǒng)包含雙向DC-AC變流器，可連接電網(wǎng)，可以接入負(fù)載，兼具并網(wǎng)和離網(wǎng)兩種運(yùn)行方式。
√ 提供兩種控制器選擇（默認(rèn)為RCP模型控制），DSP編程和RCP模型控制（Simulink快速原型開發(fā)），兩種模式可應(yīng)用于不同的開發(fā)階段和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。
√ DSP模式下，可通過C代碼編程方式實(shí)現(xiàn)變流模塊的電能變換、故障保護(hù)、UI交互以及模式策略的變更等，熟悉掌握工業(yè)控制的開發(fā)流程。
√ RCP模式下，可通過Simiulink模型配合上位機(jī)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)完成變流模塊的控制功能，圖形化的控制方式更容易上手，實(shí)時(shí)交互調(diào)試模式使核心算法的調(diào)試更為有效便捷。
√ 提供整體系統(tǒng)的Simulink離線仿真模型，可與實(shí)際物理設(shè)備一一對(duì)應(yīng)，對(duì)比運(yùn)行效果。
√ 整體系統(tǒng)采用開源模式，提供完整的硬件原理圖、接口圖、DSP軟件源代碼、Similink完整可運(yùn)行模型。具備非常靈活的二次開發(fā)的基礎(chǔ)，方便做各類教學(xué)和科研實(shí)驗(yàn)。

四、系統(tǒng)組成

YX-BDP1000儲(chǔ)能教學(xué)科研實(shí)訓(xùn)平臺(tái)組成主要包括：

（1）磷酸鐵鋰電池組；
（2）BMS電池管理系統(tǒng)；
（3）接口測(cè)量箱
（4）SP1000PLUS快速原型控制器
（5）交流負(fù)載及配電箱
（6）儲(chǔ)能雙向DC-AC變流模塊
（7）柜體及配件
（8）配套的Simulink/DSP例程及軟硬件開源資料。

五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

4.1 Matlab/Simulink軟件仿真基礎(chǔ)
1、電力電子技術(shù)概念
2、電力電子器件概述
3、Matlab及Simulink介紹
4、PWM的基本原理和控制方法
5、PWM在Simulink的生成
6、SPWM的基本原理和控制方法
7、SPWM在Simulink的生成
4.2 基于模型開發(fā)（MBD）半實(shí)物仿真介紹
1、基于模型開發(fā)（MBD）理念介紹
2、快速原型控制器（RCP）介紹
3、RCP控制器與matlab對(duì)接操作
4.3 儲(chǔ)能系統(tǒng)介紹
1、鋰電池的種類及特性介紹
2、鋰電池的應(yīng)用和系統(tǒng)組成
3、電池管理系統(tǒng)（BMS）的介紹及操作
4、電池保護(hù)系統(tǒng)的介紹及設(shè)置
5、儲(chǔ)能系統(tǒng)配置規(guī)劃，電池串并聯(lián)配置
4.4 交流-直流整流充電實(shí)驗(yàn)
1、單相全橋PWM整流充電離線仿真實(shí)驗(yàn)
2、半實(shí)物控制-鋰電池恒流充電電控制實(shí)驗(yàn)
3、半實(shí)物控制-鋰電池恒壓充電電控制實(shí)驗(yàn) 
4、半實(shí)物控制-鋰電池恒功率充電控制實(shí)驗(yàn)
4.5 DC-AC交流-直流逆變放電實(shí)驗(yàn)
1、單相全橋PWM逆變放電離線仿真實(shí)驗(yàn)
2、半實(shí)物控制-鋰電池恒流放電電控制實(shí)驗(yàn)
3、半實(shí)物控制-鋰電池恒壓放電電控制實(shí)驗(yàn) 
4、半實(shí)物控制-鋰電池恒功率放電控制實(shí)驗(yàn)
4.6 綜合實(shí)驗(yàn)
1、鋰電池系統(tǒng)孤島帶負(fù)載運(yùn)行實(shí)驗(yàn)
2、儲(chǔ)能系統(tǒng)能量自動(dòng)雙向流動(dòng)實(shí)驗(yàn)
3、孤島運(yùn)行下負(fù)荷與儲(chǔ)能系統(tǒng)變化關(guān)系實(shí)驗(yàn)

六、快速原型控制器（RCP）

√ 采用目前市面成品常用的控制芯片作為CPU，其仿真結(jié)果針對(duì)實(shí)際研究更具有參考性；

√ 保護(hù)機(jī)制齊全，此部分不需要用戶實(shí)際搭建保護(hù)模型，只需配置控制量的極限值即可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)保護(hù)，讓用戶不用為安全保護(hù)費(fèi)心，更多的關(guān)注于核心控制算法；

√ 模型與硬件接口鏈接簡(jiǎn)單，只需記住端口編號(hào)即可，更不用配置硬件各類細(xì)節(jié)，免去一切不必要的麻煩；

√ 具備自主編寫的驅(qū)動(dòng)庫，可以直接導(dǎo)入到Simulink庫中，用戶可以直接在Matlab軟件中拖動(dòng)相應(yīng)的硬件元件庫，將模型中的數(shù)據(jù)直接與硬件對(duì)接，無需再花費(fèi)時(shí)間去查詢硬件映射。8種庫文件，可適用于各種工程調(diào)試需求。

YXSPACE-VIEW軟件

VIEW軟件中包含控制器設(shè)置以及組態(tài)區(qū)。其中控制器設(shè)置界面共有4類控制器設(shè)置，包括仿真步長設(shè)置，DO控制源設(shè)置，QEP/CAP模式設(shè)置，PWM模塊設(shè)置。 組態(tài)區(qū)主要包括功能按鈕、組態(tài)控件、工作區(qū)等。

√ 創(chuàng)新的交互式實(shí)驗(yàn)課程軟件，提供進(jìn)行實(shí)驗(yàn)所需的各種支持。它不僅提供實(shí)驗(yàn)過程指導(dǎo)，還提供相關(guān)理論知識(shí)講解介紹，記錄測(cè)量結(jié)果，并可導(dǎo)出各類數(shù)據(jù)。

√ 實(shí)驗(yàn)課程軟件需集成所有的實(shí)驗(yàn)例程，統(tǒng)一在一個(gè)軟件中運(yùn)行，可一鍵打開，自動(dòng)完成程序的下載、仿真以及數(shù)據(jù)的在線觀測(cè)。

√ 實(shí)驗(yàn)課程軟件需提供進(jìn)行實(shí)驗(yàn)所需的各種支持。包括但不限于實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，相關(guān)理論知識(shí)講解、自動(dòng)記錄實(shí)驗(yàn)過程中的各種數(shù)據(jù)，導(dǎo)出各類數(shù)據(jù)。  

√ 支持Matlab運(yùn)行環(huán)境及Simulink實(shí)驗(yàn)仿真模型，結(jié)合實(shí)驗(yàn)課程，可直接一鍵打開模型并自動(dòng)搭建UI界面，提供離線模式和在線模型，可直接進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

√ 每一個(gè)例程都提供離線仿真模型和實(shí)物控制模型，學(xué)生導(dǎo)入模型，進(jìn)行虛擬仿真和實(shí)物控制的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

七、桌面型功率模塊YXPHM

YXPHM系列采用基于模型設(shè)計(jì)的理念，脫胎于研旭成熟產(chǎn)品光伏并網(wǎng)逆變器與風(fēng)機(jī)變流器等成熟產(chǎn)品，又結(jié)合了研旭多年的模塊化組件與開放式平臺(tái)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)電路、傳感器電路、信號(hào)處理電路進(jìn)一步集成，同時(shí)提供實(shí)際控制器接口、快速原型控制器結(jié)構(gòu)與實(shí)際控制器模塊，為用戶提供性價(jià)比更好的模塊化產(chǎn)品。

YXPHM多功能桌面型電力電子功率轉(zhuǎn)換平臺(tái)，采用積木式搭建形式，將功率轉(zhuǎn)換電路中的電感，電容，功率開關(guān)等器件方便的組合在一起，形成電力電子積木PEBB（Power Electronics Building Block）。 

開發(fā)平臺(tái)包括硬件部分、軟件驅(qū)動(dòng)，是針對(duì)高校開展電力電子技術(shù)研究推出的一種開放式的二次開發(fā)教學(xué)科研平臺(tái)。該平臺(tái)在硬件上采用分體化設(shè)計(jì)，控制板、采集板、功率板、電容板等模塊化，外殼采用透明的亞克力板材，美觀實(shí)用，用戶可以方便觀察內(nèi)部的硬件結(jié)構(gòu)。同時(shí)頂蓋可以打開，方便進(jìn)行相關(guān)信號(hào)的測(cè)量。

主要功能

1.模塊拓展：采用模塊化設(shè)計(jì)，用戶可以定制所需要的拓?fù)洌峁╅_源軟件模塊，用戶可進(jìn)行二次開發(fā)。可進(jìn)行多種拓?fù)涠ㄖ疲?/p>

2.開放設(shè)計(jì)：開放給用戶硬件原理圖、硬件設(shè)計(jì)說明以及軟件模塊如底層驅(qū)動(dòng)，控制算法等。

3.安全穩(wěn)定：設(shè)計(jì)了健全的保護(hù)機(jī)制，軟件方面有過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過流速斷保護(hù)、IGBT過熱保護(hù)、通訊保護(hù)等；硬件方面有短路保護(hù)、IGBT過流保護(hù)等。

4.半實(shí)物仿真：方便與研旭YXspace控制器、NI控制器、RT-LAB控制器、dSPACE控制器等數(shù)字實(shí)時(shí)仿真器對(duì)接，可提供相應(yīng)的數(shù)字轉(zhuǎn)接板，免去客戶硬件設(shè)計(jì)之憂。

主控CPU采用目前流行的DSP，型號(hào)為TI公司的TMS320F28335，其32位浮點(diǎn)處理能力，非常適用于變流器控制場(chǎng)合。通過傳感器分別采集三相交流電流、三相交流電壓、直流側(cè)電壓、電流以及溫度等信息送給DSP，然后DSP經(jīng)過特定的算法，輸出PWM調(diào)制波控制開關(guān)器件，從而可以實(shí)現(xiàn)直流變交流或者交流變直流能量雙向流動(dòng)。除此之外，信號(hào)處理電路還預(yù)留的外部控制器接口，方便對(duì)接RCP控制器，如DSPACE、RT-LAB、SPEEDGOAT、PLEX、YXSPACE等。

八、研旭儲(chǔ)能電池系統(tǒng)

磷酸鐵鋰電池由24個(gè)3.2v6AH鋰電池模塊組成，由12個(gè)電池串聯(lián)，2組并聯(lián)。共400Wh，直流電壓36V。

1.電池正極采用磷酸亞鐵鋰材料制作，安全性能好、循環(huán)壽命長。

2.單體鋰電池模塊參數(shù)：
（1）額定容量：3.2v6AH；
（2）內(nèi)阻：≤0.7mΩ；
（3）標(biāo)準(zhǔn)充電放電電流：0.5C/0.5C；
3.產(chǎn)品特點(diǎn)
1）電池正極采用磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)材料制作，安全性能好、循環(huán)壽命長；
2）電池系統(tǒng)采用高性能的專用BMS電池管理模塊，該BMS具備電壓、電流、溫度等保護(hù)功能，并使用系統(tǒng)與主機(jī)良好通訊；
3）監(jiān)控單元自動(dòng)測(cè)量電池的充放電電流、充放電電壓、單體電芯表面溫度和環(huán)境溫度；
4）二次下電功能，電池電壓低于告警值有告警信息，電壓過低時(shí)自動(dòng)下電，保護(hù)電池；
5）系統(tǒng)具有良好的電磁兼容性；

南京研旭電池BMS管理系統(tǒng)

電池管理系統(tǒng)（BMS）主要就是為了能夠提高電池的利用率，防止電池出現(xiàn)過度充電和過度放電，延長電池的使用壽命，監(jiān)控電池的狀態(tài)，同時(shí)將電池組的各種檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸給PCS，供PCS策略調(diào)度時(shí)參考。

1.檢測(cè)母線電壓、母線電流，電池組電量等基本信息；
2.模擬量測(cè)量功能：實(shí)時(shí)測(cè)量蓄電池模塊電壓、充放電電流、溫度和單體電池端電壓等參數(shù)，并計(jì)算給出蓄電池模塊的SOC值；
3.均衡功能：保證儲(chǔ)能電池的一致性，BMS具有電池模塊內(nèi)部單節(jié)電池間的均衡；
4.電池系統(tǒng)運(yùn)行報(bào)警功能；在電池系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)過壓、欠壓、過流、通信異常、異常等狀態(tài)時(shí)，可上報(bào)告警信息；
5.電池系統(tǒng)保護(hù)功能：在電池系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，如果電池的電壓，電流，出現(xiàn)超過安全保護(hù)門限的緊急情況時(shí)，可切斷故障，保護(hù)電池；
6.與PCS通訊交互，通訊方式為RS485；
7.實(shí)時(shí)電壓顯示，配有7寸工控觸摸屏，可以實(shí)時(shí)顯示每塊電池的電壓，溫度采集等參數(shù)；
8.蓄電池組的電氣保護(hù)：過壓保護(hù)、低壓保護(hù)、過流保護(hù)、高溫保護(hù)；