1.實驗室介紹
由國家級領軍人才馬釗教授領銜、李可軍教授主持建設的新能源先進直流配用電技術的科研平臺。主要成員有：馬釗、李可軍、孫媛媛、趙浩然等專家學者。
全球氣候變化背景下，我國提出了碳達峰、碳中和的政策和目標，新能源的發(fā)展為這一目標提供了基礎和路徑，一種可行的技術方案——新能源全直流配用電系統(tǒng)應運而生，為此我們建設了新能源直流配用電實驗室，以期在這一方向上進行持續(xù)科學和技術的研究探索。
新能源直流配用電實驗室平臺主要分為：低壓直流配用電真實場景模擬平臺及中高壓直流配電仿真平臺。低壓直流配用電真實場景模擬平臺由一套含有新能源發(fā)電、儲能和用電負載的雙端低壓直流發(fā)配用電系統(tǒng)組成，包含750V(±375V)、220V和48V三條直流母線，且電壓可調，與現在示范工程中的低壓直流配用電系統(tǒng)電壓等級一致，其中48V是人體絕對安全電壓，其他電壓等級可以通過接地方式實現人體安全，打造人體安全的直流供用電系統(tǒng)。該平臺還具備接地方式切換，網絡拓撲切換等靈活組網功能，為低壓直流配用電系統(tǒng)的研究提供基礎。同時系統(tǒng)具備直流故障模擬、數據采集和能量管理功能。
平臺配備有靈活的組網柜，可靈活改變系統(tǒng)拓撲結構和接入設備類型，實現對不同組網系統(tǒng)的特性研究；平臺配置有故障模擬系統(tǒng)和數據采集系統(tǒng)，可實現直流系統(tǒng)的極間、極地等多種故障的人為發(fā)生，數據采集系統(tǒng)能夠采集到故障發(fā)生時的各種故障數據，方便科學研究；平臺具備開放式的能量管理系統(tǒng)，具備二次開發(fā)能力。新能源發(fā)電包含真實的光伏、風力發(fā)電模塊及虛擬發(fā)電設備，直流負載包括虛擬電子可調負載和真實直流電器。我們還在建有格力電器合作提供的全直流負荷室，包括：直流空調、直流電飯煲、直流照明、直流電視、直流凈水器等典型直流用電設備，分別代表了直流電機類、大功率純電阻類以及低壓小功率類。
中高壓直流配電仿真平臺以模塊化多電平換流器樣機為核心，該平臺控制器采用多塊主頻200MHz浮點型DSP芯片協(xié)同工作的方式，可實現復雜控制策略，用以模擬多端直流配電網，分布式光伏、直流負荷等分別接入，通過控制系統(tǒng)中的參數、改變控制策略，研究不同工況下直流網絡運行特點，為研究中高壓壓直流配電的運行機理，故障保護和協(xié)調控制方法提供物理實驗環(huán)境。
圖1 新能源直流配用電實驗室
2.實驗室功能
（1）多端口電網模擬電源
圖2多端口電網模擬電源
主要功能：
?交流電源模擬
?雙線直流電源
?電壓頻率可調
?帶原動機風電電源
應用場景：
?交流配電電源模擬
?直流配電電源模擬
?風電機械電磁雙模擬
（2）低壓直流配用電物理仿真平臺
圖3低壓直流配用電物理仿真平臺
組成部分：
1. 光伏板與光伏模擬電源
主要功能：
?自帶MPPT追蹤控制
?最大出力3.2kWp/5kW
?輸出電壓500~800V
?光伏模擬電源可作為恒壓源
圖4 光伏板與光伏模擬電源
2.儲能電池組
主要功能：
?定電壓輸出
?鉛碳電池，標稱容量10kWh
?雙向DC/DC變換器
圖5 儲能電池組
3.直流負荷與直流家電
主要功能：
? 多工作模式
? 動態(tài)帶載
? 三線制直流家電：
? 空調
? 電視
? 電飯煲等
圖6 直流負荷與直流家電
4.配用電保護單元
圖7配用電保護單元
主要功能：
?過電流、過電壓保護
?本地/遠程雙控
（3）低壓直流能量管理系統(tǒng)
主要功能：
1.靈活組網柜
?特制直流接口/接頭
?多點接地方式切換
?實時測量接口
?應用場景：
?自開發(fā)樣機并入
?直流接地故障實驗
?多電壓等級能量管理
2.能量管理后臺：
?本地/遠程切換控制
?光伏數據監(jiān)測
?能量數據收集
?控制策略切換
?應用場景：
?光伏出力統(tǒng)計
?光伏儲能協(xié)同控制
?微電網能量管理
（4）多端MMC物理仿真平臺
主要功能：
?根據電壓及容量同比縮小系統(tǒng)
?與低壓直流配用電平臺互聯
?搭建多端直流配電網絡
?驗證控制策略：
■載波移相控制
■下垂控制
■子模塊電容優(yōu)化控制
圖8 模塊化多電平換流器樣機
（5）多維電力電子開發(fā)平臺
1. dAC三相交直變換器開發(fā)工具
主要功能：
?三相兩電平IGBT交直變換電路
?DSP控制系統(tǒng)
?一二次電路完全開放
?自由燒錄控制程序
?應用：
■直流配用電網側模擬
■交流負荷模擬
圖9 dAC三相交直變換器開發(fā)工具
2. YXspace SP6000 實時仿真機
主要功能：
?DSP+FGPA多芯片控制系統(tǒng)
?自動轉譯Simulink控制模型
?實時控制外設電力電子樣機
?實時監(jiān)測控制過程內運行量
?自動保護機制集成
?應用：
■電力電子樣機快速開發(fā)
■硬件在環(huán)控制電路開發(fā)
圖10 YXspace SP6000 實時仿真機
3. RT-Lab硬件在環(huán)開發(fā)平臺
?應用：
■高壓大功率系統(tǒng)仿真
■配用電運行方案快速驗證
（6）多功能電源
多功能多端口可編程電源包括五個編程電源柜、一個光伏儲能接口柜、兩個風機調速系統(tǒng)柜及模擬風電機組。
圖11 多功能電源
