案例分享-集美大学开源式多端口能量路由器科研平台

本文主要是介绍案例分享-集美大学开源式多端口能量路由器科研平台，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

集美大学地处福建省厦门市，是福建省“双一流”建设高校，是交通运输部与福建省、自然资源部与福建省、福建省与厦门市共建高校，博士学位授予单位，硕士推免生资格单位，大陆唯一获交通运输部海事局批准具有开展台湾船员适任培训资格的院校。

集美大学轮机工程学院办学历史悠久，始于陈嘉庚先生于1920年创办的集美学校水产科，前身为交通部部属集美航海学院的轮机系，1999年随集美航海学院实质性合并进入集美大学，已有百年的航海教育历史，在国内外航运业界享有盛誉。

轮机工程学院师资力量雄厚，现有教职工158人，其中双聘院士1人，教授24人，副教授41人，博士生导师18人（其中国家海洋工程类973计划首席科学家余建星教授为本学科的兼职博导），硕士生导师50人，拥有博士学位62人，具有海外经历42人，拥有高级轮机长证书和电子电气员证书24人。目前在校全日制本科生2600多人、硕士和博士研究生170多人。

一、能量路由器概述

随着储能、柔性负荷以及电动汽车等新型直流负荷的加入，终端用户也将参与配电潮流调节中去这对电网能量管理要求会越来越高，单向的潮流、辐射型架构配电网已经无法满足终端源-荷的双向主动潮流需求。

电力系统正进入“源-网-荷-储” 协调优化运行的新阶段，从传统的发输配模式演化为电能自治单元对等互联的新体系。正是在这种背景催生下，基于电力电子技术的“电能路由器”(Electric Energy Router)概念应运而生，电能路由器便于实现智能调度和需求侧响应，从而实现多源互补，提升电网与用户的互动，提升电网的运营水平和用户的用电体验。

电能路由器（亦称为能量路由器）是一个整合了通信单元、控制单元和功率单元的装置。从电力电子的角度来看，电能路由器表现为多端口、多级联、多流向的电力电子变换器，由全控型电力电子开关器件和高频变压器构成，其应该具备如下基本的功能：

1）电压变换、电气隔离
2）能量路由（能量流向控制）
3）分布式能源、储能装置即插即用

二、基于多端口变换器的能量路由器构架

下图是集美大学的多端口能量路由器的拓扑结构图，控制分布式能源、储能出力，协调与岸电电网/负荷间能量转换、灵活控制的核心部件，实现岸电配电系统中源-储-网-荷的能量交换。

多端口能量路由器拓扑

端口一：岸电端口，可以与岸电大电网连接，完成各个端口与岸电电网的能量交互。
端口二：三相异步发电机端口，采用调速机带动异步发电机发电，产生的交流电经过AC/DC变换器将能量回馈至直流母线。
端口三：三相同步发电机端口，采用调速机带动同步发电机发电，产生的交流电经过AC/DC变换器将能量回馈至直流母线。
端口四：光伏电池端口，采用光伏阵列模拟源模拟实际光伏组件，产生直流电，经过DC/DC变换器将能量回馈至直流母线。
端口五：储能电池端口，采用电池模拟器模拟实际的蓄电池，经过双向DC/DC变换器进行放电，将能量馈入直流母线。
端口六：超级电容端口，采用高密度的超容模组，经过双向DC/DC变换器可以进行大电流的充放电。
端口七：负荷端口，采用不同特性的负载，模拟船舶中各类负荷的场景。

三、集美大学能量路由器创新特色

集美大学多端口能量路由器，共具备7个不同特性的接口：包括备用岸电网端口、同步发电机端口、异步发电机端口、光伏端口、蓄电池端口、超级电容端口以及负荷端口。
每个端口均可接入相应电压等级的有源或无源设备，任意端口间可以实现功率潮流的控制。
配置大尺寸液晶显示界面，可以实现就地人机交互，同时具备远程控制功能，可进行协同配合，基于不同时间尺度，分层进行微电网能量管理，完成上传下达功能要求。具备分布式电源/负荷的控制管理、电压有功/无功管理策略、并网点功率控制目标等功能。
集美大学多端口能量路由器创新性的采用了单独的统一控制器，摒弃了传统的多分布式控制器通讯控制的方式，将所有变流器的控制由统一控制器完成控制，保证了系统严格意义上的实时性和即插即用功能。
创新统一控制器同时具备DSP编程和RCP模型控制（Simulink快速原型开发）两种模式，两种模式可应用于不同的开发阶段和实验场景，优势互补，功能互相验证。
DSP模式下，可通过C代码编程方式实现各端口变流模块的电能变换、故障保护、UI交互以及模式策略的变更等，熟悉掌握工业控制的开发流程。
RCP模式下，可通过Simiulink模型配合上位机View6000实时控制系统完成各端口模块的控制功能，图形化的控制方式更容易上手，实时交互调试模式使核心算法的调试更为有效便捷。
提供整体系统的Simulink离线仿真模型，可与实际物理设备一一对应，对比运行效果。
整体系统采用完全开源模式，提供完整的硬件原理图、接口图、DSP软件源代码、Similink完整可运行模型。具备非常灵活的二次开发的基础，方便做各类教学和科研实验。

四、RCP控制模型