1.实验室介绍
由国家千人马钊教授领衔、李可军教授主持建设的新能源先进直流配用电技术的科研平台。主要成员有：马钊、李可军、孙媛媛、赵浩然等专家学者。
全球气候变化背景下，我国提出了碳达峰、碳中和的政策和目标，新能源的发展为这一目标提供了基础和路径，一种可行的技术方案——新能源全直流配用电系统应运而生，为此我们建设了新能源直流配用电实验室，以期在这一方向上进行持续科学和技术的研究探索。
新能源直流配用电实验室平台主要分为：低压直流配用电真实场景模拟平台及中高压直流配电仿真平台。低压直流配用电真实场景模拟平台由一套含有新能源发电、储能和用电负载的双端低压直流发配用电系统组成，包含750V(±375V)、220V和48V三条直流母线，且电压可调，与现在示范工程中的低压直流配用电系统电压等级一致，其中48V是人体绝对安全电压，其他电压等级可以通过接地方式实现人体安全，打造人体安全的直流供用电系统。该平台还具备接地方式切换，网络拓扑切换等灵活组网功能，为低压直流配用电系统的研究提供基础。同时系统具备直流故障模拟、数据采集和能量管理功能。
平台配备有灵活的组网柜，可灵活改变系统拓扑结构和接入设备类型，实现对不同组网系统的特性研究；平台配置有故障模拟系统和数据采集系统，可实现直流系统的极间、极地等多种故障的人为发生，数据采集系统能够采集到故障发生时的各种故障数据，方便科学研究；平台具备开放式的能量管理系统，具备二次开发能力。新能源发电包含真实的光伏、风力发电模块及虚拟发电设备，直流负载包括虚拟电子可调负载和真实直流电器。我们还在建有格力电器合作提供的全直流负荷室，包括：直流空调、直流电饭煲、直流照明、直流电视、直流净水器等典型直流用电设备，分别代表了直流电机类、大功率纯电阻类以及低压小功率类。
中高压直流配电仿真平台以模块化多电平换流器样机为核心，该平台控制器采用多块主频200MHz浮点型DSP芯片协同工作的方式，可实现复杂控制策略，用以模拟多端直流配电网，分布式光伏、直流负荷等分别接入，通过控制系统中的参数、改变控制策略，研究不同工况下直流网络运行特点，为研究中高压压直流配电的运行机理，故障保护和协调控制方法提供物理实验环境。
图1 新能源直流配用电实验室
2.实验室功能
（1）多端口电网模拟电源
图2多端口电网模拟电源
主要功能：
➢交流电源模拟
➢双线直流电源
➢电压频率可调
➢带原动机风电电源
应用场景：
➢交流配电电源模拟
➢直流配电电源模拟
➢风电机械电磁双模拟
（2）低压直流配用电物理仿真平台
图3低压直流配用电物理仿真平台
组成部分：
1. 光伏板与光伏模拟电源
主要功能：
➢自带MPPT追踪控制
➢最大出力3.2kWp/5kW
➢输出电压500~800V
➢光伏模拟电源可作为恒压源
图4 光伏板与光伏模拟电源
2.储能电池组
主要功能：
➢定电压输出
➢铅碳电池，标称容量10kWh
➢双向DC/DC变换器
图5 储能电池组
3.直流负荷与直流家电
主要功能：
多工作模式
动态带载
三线制直流家电：
空调
电视
电饭煲等
图6 直流负荷与直流家电
4.配用电保护单元
图7配用电保护单元
主要功能：
➢过电流、过电压保护
➢本地/远程双控
（3）低压直流能量管理系统
主要功能：
1.灵活组网柜
➢特制直流接口/接头
➢多点接地方式切换
➢实时测量接口
➢应用场景：
➢自开发样机并入
➢直流接地故障实验
➢多电压等级能量管理
2.能量管理后台：
➢本地/远程切换控制
➢光伏数据监测
➢能量数据收集
➢控制策略切换
➢应用场景：
➢光伏出力统计
➢光伏储能协同控制
➢微电网能量管理
（4）多端MMC物理仿真平台
主要功能：
➢根据电压及容量同比缩小系统
➢与低压直流配用电平台互联
➢搭建多端直流配电网络
➢验证控制策略：
■载波移相控制
■下垂控制
■子模块电容优化控制
图8 模块化多电平换流器样机
（5）多维电力电子开发平台
1. dAC三相交直变换器开发工具
主要功能：
➢三相两电平IGBT交直变换电路
➢DSP控制系统
➢一二次电路完全开放
➢自由烧录控制程序
➢应用：
■直流配用电网侧模拟
■交流负荷模拟
图9 dAC三相交直变换器开发工具
2. YXspace SP6000 实时仿真机
主要功能：
➢DSP+FGPA多芯片控制系统
➢自动转译Simulink控制模型
➢实时控制外设电力电子样机
➢实时监测控制过程内运行量
➢自动保护机制集成
➢应用：
■电力电子样机快速开发
■硬件在环控制电路开发
图10 YXspace SP6000 实时仿真机
3. RT-Lab硬件在环开发平台
➢应用：
■高压大功率系统仿真
■配用电运行方案快速验证
（6）多功能电源
多功能多端口可编程电源包括五个编程电源柜、一个光伏储能接口柜、两个风机调速系统柜及模拟风电机组。
图11 多功能电源
