解决方案丨高校电力电子实时仿真创新实验系统应用

随着数字技术的飞速发展，传统实验室的资源受限和效率低下已经不能满足科研和工程实践的需求。因此，基于数字化技术的仿真实验应运而生。

电力电子实时仿真实验

电力电子实时仿真实验是一种利用仿真软件和相关设备进行电力电子系统仿真和实验的虚拟实验室。它主要用于电力电子器件、电力电子系统和电能转换技术的研究、开发和教学。

实验课程

Easygo 电力电子实时仿真实验系统提供了配套的课程实验指导书以及教师版实验参考。由于实时仿真系统平台的开放性，用户还可以自己添加更多的教学或创新型的实验内容。所有实验均包含离线程序，控制算法实时程序，电路仿真实时程序等。

教学应用方向

电力电子器件研究： 提升学科知识和理解可以模拟和分析各种电力电子器件（如开关器件、变换器、逆变器等）的特性和性能，进行参数优化和设计验证。

电力电子系统设计： 培养创新思维和解决问题的能力通过仿真实验室，可以对电力电子系统（如电力转换装置、电动车驱动系统、太阳能逆变系统等）进行建模和仿真，验证系统的稳定性和效能。

控制策略研究： 培育创业精神和实践能力仿真实验室可以模拟电力电子系统的控制策略，评估不同的控制算法和参数对系统性能的影响。

教学培训： 激发学生学习兴趣和主动性电力电子仿真实验室可以作为电力电子专业的实践教学平台，帮助学生理解和掌握电力电子技术和电路设计的基本原理。

综上所述，电力电子仿真实验具有高效、安全、可控和多功能的特点，对电力电子研究和教学具有重要意义，能够推动电力电子技术的发展和应用。

基于EasyGo的电力电子仿真实验系统

EasyGo实时仿真实验系统旨在为电气相关专业的本科生和研究生提供技术领先、性能优异的创新实验平台，基于该建设方案构建的创新实验基地，能够辅助本科生和研究生进行 、选修课的教学和实验。

EasyGo电力电子实时仿真实验系统是一种基于V型架构构建的实验系统，是现有各种教学与科研实验室的数字化和虚拟化。

其基本原理是用运行着数学模型的实时仿真器来模拟实际电力电子系统的特性行为和各种工况，同时将控制算法模型通过快速控制器进行验证，两者通过实际的I/O接口连接，来进行闭环的测试验证。

平台架构

学生学习路线

电力电子实时仿真实验系统

1、快速原型控制器（RCP）

CBox 采用实时CPU+FPGA的硬件架构，将Matlab/Simulink搭建的电力电子控制算法模型自动生成与下载，无需进行底层代码编写和硬件控制电路设计，与实际的被控对象连接来进行闭环测试，快速实现算法原理验证。

2、实时仿真器 (HIL)

MicroBox 采用FPGA芯片架构，用来仿真电力电子主电路拓扑。电路模型通过Simulink图形化软件任意搭建，无需进行FPGA编译，将电力电子电路的暂态特性通过硬件接口输出，操作简单，节省学生搭建实物电路的时间与精力。

3、物理信号转接盒

用于仿真器与控制器之间传递信号，控制器采集电压电流信号，实时运算后输出控制指令，再通过转接盒将信号传给仿真器。同时配备BNC观测端，方便学生在实验中用示波器观察实际信号，对系统运行原理有更直观的认识。

4、上位机

用于运行DeskSim实时仿真软件，通过网络将不同模型部署到不同的硬件平台上，并对模型进行配置与实时监控，并可将数据进行存储于后续分析。

核心产品1：快速控制器CBox

快速控制器CBox采取CPU+FPGA的硬件架构，帮助用户在安全舒适的实验室快速调试和验证控制算法。

平台的独特优势：

▍丰富的模拟与数字信号接口

▍灵活配置的人界交互与配置界面

▍可将算法模型程序部署到CPU或FPGA硬件平台上运行

控制速率最快可达1MHz，满足不同应用需求的客户，助力先进控制算法在电力电子与电力传动领域中的科研教学中的创新实践。

利用快速原型控制器CBox 可以将Simulink控制算法模型快速实现验证，与实际的被控对象连接来进行闭环测试。

可为用户节省在嵌入式芯片上重新编写和实现算法过程的时间；在一个验证过的硬件平台上开发，既可以加快项目周期，也可以隔离开发过程中的软硬件问题；

同时，用户可以很方便地在上位机实时控制器上，观测各种变量和波形，省去用户编写上位机界面的时间与精力，可更好的集中精力在核心的控制算法的实现和调试上。

核心产品2：实时仿真器MicroBox

MicroBox 是一款一体化电力电子FPGA实时仿真产品，可与实际设备进行连接来进行控制算法的实时验证。

配置上DeskSim软件，可完成系统电力电子模型纳秒级运行，实时调参，数据记录等功能，从而进行半实物仿真，硬件在环测试。

Hardware-In-the-Loop Testing，即HIL。

MicroBox 通过IO信号或者通信同控制板构成闭环，来对弱电的控制器进行测试。

这样一种测试方式常常也被称为控制器硬件在环仿真测试测试或半实物仿真测试。这里“硬件”主要是指控制部分，已经不是纯软件仿真中的一些控制框图，而是一个真实的控制器或者快速原型控制器。

软件使用流程

不管是快速控制器,还是实时仿真器，均采用同一款的软件DeskSim操作即可，简单2步，即可完成实验。

产品特色

为本科生的双创工作、毕业设计提供实验平台。

适合相对复杂的并网型系统实验和故障实验，无需各种平台或模块切换，直接快速服务于教学与研究工作，打通产学研一体化的培养路线。

为科学研究提供了完整的实验样机研制流程和测试条件，加快科学研究的实验进程，有利于创新思想的快速验证,全方位培养学生的动手实践和设计创新能力，实现研究型人才的多元化培养目标。

支持设计型、研究型创新实验的开展,使仿真与实验同步，循序渐进，环环紧扣，提高实验的安全性，改变现有实验模式，有助于培养学生严谨、认真、安全的实验素质，适应创新型人才和卓越工程师的培养需要。

贯彻以产出为导向”,“以学生为中心”和“持续改进”的理念，提高实验室教学技术水平，助力工程教育专业认证。

“理论+实际”系统总结下过电压的危害

上篇文章说到：不知道各位是否有此种经历，尤其对于光伏新能源产品，每当产品出现故障，业主总会让你进行故障分析，其实多数故障都可以总结为一个原因，那就是过电压，当然有的原因确实是过电压，也有的原因是拿过电压作为一个幌子，无论哪种情况，分析报告中都不可能只写过电压，起码你要结合既有的故障现象推断可能的原因，这时候就考验你是否全面了解各种可能的过电压原因，本篇文章就尽可能的统计所有过电压的可能原因，助力各位在问题分析时，能更加全面！

前面两篇文章复盘了过电压的种类，本篇文章来结合实际说下过电压的危害。

一、对电气设备绝缘的损害

1. 绝缘击穿： 无论是外部的雷电过电压还是内部的操作、谐振过电压、工频过电压，过电压产生的高电场强度超过了绝缘材料所能承受的极限，导致绝缘材料被瞬间破坏，形成导电通道，使电气设备失去绝缘性能。对于我们来说相对常见的比如变压器绝缘击穿导致的变压器故障，相对少见的避雷器绝缘被击穿等，都可以归纳为过电压原因。

2. 绝缘老化加速： 即使过电压没有直接导致绝缘击穿，但长时间承受较大的过电压会使绝缘材料加速绝缘老化进程。比如，前面说的工频过电压相对长时间的持续作用于设备绝缘，会使绝缘的电气强度逐渐降低，直至击穿烧毁。

3. 相间放电： 实际此可以归结为绝缘击穿，但是这里主要说空气绝缘的相间放电，尤其近几年新能源产品的低压铜排间拉弧放电现象明显多了起来。其实与过电压有一定的关系，尤其低压侧交流电的质量：在几年前，其波形质量确实与常规火电等波形没法相提并论，再加上直流分量的叠加，结果可想而知。

其实谈到过电压，对我们电气设备制造商来说，最害怕的莫过于设备被烧毁了，虽然电力设备都会要求承受抗短路能力，但是一个是即使设计无问题，谁也没法保证生产的产品抗突短100%无问题，二个是，在内卷的状态下，要提升产品竞争力，想完全符合的生产，也是很难！三个是，个人认为实际试验室的波形和复杂程度不能和实际导致故障的波形相提并论。但是话虽如此，基本上无论什么原因烧毁，电气设备制造商都需要及时更换并且进行原因分析！所以本系列文章的总结也是源于此。

二、影响设备和系统的正常运行

除了以上的损失较大的故障，还有一系列慢性或者影响不大的问题。

1. 干扰电气设备的正常运行逻辑 ，导致设备误动作。比如，在继电保护装置中，过电压可能会使保护装置误判为系统故障而触发跳闸动作，造成不必要的停电事故。或者会影响其他的内含弱电与强电的电力电子产品误动作，比如烟雾报警器误报警等。

2. 设备性能下降 ：对于一些对电压较为敏感的设备，如电力电子设备等，过电压可能会使其工作性能下降，即使一些电力电子设备承受过电压的能力都可以达到2.0kV/min，甚至更高，也经受不起长期的影响。

3. 系统稳定性面临考验： 严重的过电压可能会使电力系统中的无功功率分布发生剧烈变化，导致系统电压失去稳定，甚至出现电压崩溃的情况。过电压还可能引发电力系统的振荡，使系统中的电流、电压等电气参数出现周期性的波动。

好了，先就说这些，一天一篇文章的节奏确实有点快，思考不到位的地方还请留言赐教！

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