半实体物品模拟仿真教学研究
2017-04-13
随着我国电网容量的增大，与新能源发电系统在传统电网中的投入使用不断增加，高校研究电力系统控制方法和理论，借助现代信息技术和现代控制技术提高电力系统安全控制水平，具有重要意义。搭建实际物理电力电子系统所需要的经费投入、维护费用非常昂贵，同时强电设备的使用和研究会带来相应的危险性，因此采用仿真方法来研究电网的方式已经被越老越多的高校和研究所采用。
远程虚拟仿真实验只是进行离线仿真，没有办法和实际硬件控制机构成闭环，并进行实时的测试。与离线仿真不一样的是，半实物仿真实验平台采用NI硬件作为仿真的硬件平台，采用StarSim仿真软件作为实时仿真的软件架构，通过结合最先进的硬件技术与建模仿真技术来实现电力电子实时仿真器。实时仿真器可以模拟真实电网中的各类电力电子系统的运行情况，例如风电系统，光伏系统，储能系统以及直流输电系统、STATCOM、SVG系统等。因此，使用者既可以在半实物仿真平台上，进行电网仿真、系统策略方面的研究，也可以通过连接实际控制器硬件或原型控制器（RCP）的方式，来进行硬件在环测试，后期还能通过功率放大器来进行功率硬件在环（PHIL）的研究，在科研、教学和横向的开发上均应用广泛。
半实物仿真实验教学平台以NI作为硬件平台，系统架构如下图所示：
半实物仿真实验教学平台以NI作为硬件平台，系统架构如下图所示：
A.实时仿真器仿真被控对象，仿真器采用PXI平台以及性能强大的FPGA板卡，高速并准确地仿真出被控对象的特性与响应。两者通过PXI的背板总线有机结合，能够实现多种电力以及电力电子系统拓扑的自由搭建与实时仿真，能够方便的与实际控制器构成硬件在环系统。
B.StarSim Offline 为建模软件，提供了一系列的电力与电力电子系统的模型。用户可以方便地用它来搭建自己的电力电子系统模型，在LabVIEW的环境中对电力电子系统进行离线仿真实验；
C.StarSim FPGA Express为基于模型配置的软件，可以帮助用户把搭建好的StarSim模型下载到实时仿真器的FPGA中，用户不需要进行FPGA的编程和运行前的编译工作，就能够实现实时仿真，极大地加速开发进程。
D.接线盒提供开放式接线，结合系统模型IO接口的配置，学生可以自行通过接线盒修改实际接线，在实践中理解信号传递的方向，更深入地理解控制原理。同时，开放式的接线盒还可以再外部连接示波器，学生可以在实验过程中通过示波器观察系统各路输出信号，加深对电路知识的理解与学习效果，对实际系统有更直观的认识；
E.控制器部分可以根据教学内容进行变换，半实物仿真教学平台会提供一套教学控制器以及实验课程的控制部分。教师可以在教学控制器提供的控制程序的基础上，进行算法与程序修改和开发，拓展教学实验的内容；同时，也可以将教学控制器替换为DSP控制器，进行控制器研究、控制算法搭建方面的教学；
半实物仿真实验教学平台提供十个教学实验，包括实验电路的仿真部分以及实验控制部分的程序。教师可以在平台提供的实验程序的基础上，结合学校实验教学的重点，进行系统电路仿真以及控制侧的修改。半实物仿真教学实验平台的性能十分强大，可以支持进行电路基础实验、电力电子技术实验、电力拖动理论教学实验、电力系统电力传输实验等相关实验课程的开设。平台复用的强大功能，将为教师提供更灵活的教学内容选择，更方便的实验室部署，更少的后期维护，更高的教学效率；为学生提供了学习研究更多高压复杂系统的可能性，提供更安全可靠的实验环境，更多的动手操作机会。老师可以结合研究的热点和基础教学的内容，不断修改实验教学的对象和内容；优秀的学生也可以更快地将自己学习中的疑问、创新思考迅速地与实际硬件结合起来进行验证。教寓于学，学以致用，与传统的高等教育实验教学方式互相配合，助力高校的卓越工程师培养计划。
半实物仿真实验教学平台提供十个教学实验，包括实验电路的仿真部分以及实验控制部分的程序。教师可以在平台提供的实验程序的基础上，结合学校实验教学的重点，进行系统电路仿真以及控制侧的修改。半实物仿真教学实验平台的性能十分强大，可以支持进行电路基础实验、电力电子技术实验、电力拖动理论教学实验、电力系统电力传输实验等相关实验课程的开设。平台复用的强大功能，将为教师提供更灵活的教学内容选择，更方便的实验室部署，更少的后期维护，更高的教学效率；为学生提供了学习研究更多高压复杂系统的可能性，提供更安全可靠的实验环境，更多的动手操作机会。老师可以结合研究的热点和基础教学的内容，不断修改实验教学的对象和内容；优秀的学生也可以更快地将自己学习中的疑问、创新思考迅速地与实际硬件结合起来进行验证。教寓于学，学以致用，与传统的高等教育实验教学方式互相配合，助力高校的卓越工程师培养计划。
