【研旭电气解决方案】从仿真到落地：YXPEP-V2G500 双向充电桩（V2G）测试开发平台

现代电力电子技术发展阐述

1.1 电力电子在现代工业中的重要角色

电力电子技术作为门新兴的交叉学科，在能源革命中扮演着重要角色，电力电子技术的应用必须要进行相应的充分准备才能将其优势发挥到最大，否则该技术的潜能不能得到工程技术人员的深刻认识，或者预期的节能效果也可能会因为错误的参数设置而无法实现。

现代工业对电气工程技术人员的专业素质提出越来越高的要求，电力电子专业人员不仅要具备扎实的理论知识力，还要掌握接线和参数设置等实践技能。因此，面向技术应用的高等工程必须要强调实践导向。

1.2 现代电气传动技术的开发和分析工具

为了应对技术变革带来的挑战，现代工业企业迫切需要高素质的工程技术人才，除了掌握扎实的专业知识，他们还要熟悉并掌握在工程技术中广泛应用的高效工具的使用方法。在全球范围内，Matlab®/ Simulink®编程语言已成为科学技术计算和仿真的行业标准。借助Matlab®/ Simulink®高级语言及其数值计算、可视化和编程等交互环境，驱动控制技术的开发周期得到大幅缩短。当前，电力电子技术的应用范围正在不断扩大。这些工业化的工具使用过程十分复杂，因此必须通过理论联系实际的方式，特别是借助实验系统和“半实物仿真”的实验方式，进行系统地传授和学习。在培养未来工程师的方面，全世界的高等院校都有义不容辞的责任。

1.3 基于模型开发MBD半实物仿真

研旭驱动控制器可通过编程接口实现自由编程。借助YXSPACE实验系统可在Matlab®/Simulink®中实现复杂变速驱动的快速仿真，然后将生成的代码程序写入驱动控制器中。在可变负载条件下，学生还可以使用拓展工具对系统进行复杂分析。Matlab®/Simulink®是高等院校广泛使用的实验和科研软件，研旭电力电子实验系统实现驱动硬件系统与该软件的实时互动操作，为电力电子和驱动技术实验教学和科研提供了一种新方式。

V2G充电桩技术介绍

V2G是电动汽车往电网输送能量的技术，对象是电动汽车蓄电池和电力网，是Vehicle-to-Grid的简称。V2G充电桩技术其核心理念即是：将处于停驶状态的电动汽车当作移动式储能装置，在电网需求侧响应，提供紧急供电和电网的稳定性，实现与电网的互动。

电动汽车V2G技术其核心思想就是利用大量电动汽车的储能源作为电网和可再生能源的缓冲。汽车到电网技术正受到人们的广泛关注，这是因为通过V2G，电网效率低以及可再生能源波动的问题不仅可以得到很大程度的缓解，还可以为电动车用户创造收益。

使电动汽车实现V2G，需要在电网和汽车间配备双向的智能充电器。此双向充电器必须具有为电动汽车电池充电的功能，同时产生最小的电流谐波，也应具有根据调节向电网回馈能量的能力。

双向充电器由滤波器、双向DC-DC变换器以及双向AC-DC变换器组成。当充电器工作于电池充电模式时，交流电首先通过滤波器滤除不期望的频率分量，然后通过双向AC-DC变换器将交流整流成直流。由于双向AC-DC变换器的输出电压可能与直流储能单元的电压不匹配，还需要一个双向DC-DC变换器来保证合适的充电电压。当变换器工作于电池放电模式时，其过程则恰好相反。

V2G模拟系统组成

1、直流充电桩回馈负载模拟器（动力电池模拟）

2、SP2000快速原型控制器（同时一控二）

3、双向DC-AC变流器（充电桩交流侧）

4、双向DC-DC变流器（充电桩直流侧）

5、配电、变压器、负载等（可选配）

6、监控系统（选配，多台联动调度）

设备介绍

01

YXDG-DCDZ

充电桩回馈负载模拟器

产品概述：

YXDG-DCDZ直流充电桩回馈负载模拟器其直流输出特性具有高精度及高动态响应特性，并具有双向能量转换功能，采用全数字控制，精度高，速度快，输出调节范围广。外置国标充电机枪座，充电桩可与负载直接握手通讯，读取收发相关数据及充电指令。负载模拟器能够模拟各种动力电池的充放电特性。主要场合为电动汽车双向充电机的测试和电池组充放电等。

产品特点：

1、外置国标充电机枪座，充电桩可与负载直接握手通讯，读取收发相关数据及充电指令。

2、内置磷酸铁锂、钴酸锂、三元锂、镍氢电池等多种电池模拟特性曲线；

3、采用四象限控制技术，全功率内能量双向流动，运行稳定可靠，节能高效；

4、直流电压0-800V，电流0-40A，最大单机功率20kW；

5、内置高频隔离变压器+交直流滤波，输入输出电气隔离；

6、能实现输出的电压范围宽、精度高、动态响应快的特点；

7、DCDC侧采用载波移相电路，使直流输出侧精度更高，纹波更小；

8、采用高速数字控制技术，输出精度达到0.1%；

9、采用七寸组态屏操作，操作、显示便捷；

10、较宽的输出范围，可适用不同类型设备测试；

11、采用模块化设计，设备后期更新维护简单；

12、支持多机并联，最大功率500kW；

13、支持输出过压，过流短路保护功能、以及过温度保护功能；

14、具备CAN通信接口和RS485接口，提供开放式MODBUS规约；

15、直流输出ON/OFF开关。

02

YXSPACE快速原型控制器

YXSPACE产品系列能够将用户设计的图形化的高级语言编写的控制算法（Simulink）转换成DIDO、AIAO量，完成实际硬件控制。其基本控制框图如下所示：

控制算法模型一般采用Matlab中的Simulink工具搭建，将模型中的接口与硬件驱动接口绑定后，再结合TI公司的CCS编译工具产生可执行文件，下载至YXSPACE控制器中运行。

研旭YXSPACE-VIEW2000软件主要用于配置YXSPACE控制器工作模式，同时可以实时监测控制过程中的各类运行量，包括采集量、中间控制变量等。YXSPACE-VIEW2000包括了6类组态控件，分别为遥控控件、遥信控件、遥调控件、遥测控件、示波器控件以及文字编辑控件等。用户可以借助这些控件，直观、方便的搭建监控界面，监控控制器内部运行的详细信息。

研旭SP2000采用外扩插卡式结构，简洁轻便，板卡资源如下：

YXSPACE独特优点

●采用目前市面成品常用的控制芯片作为CPU，其仿真结果针对实际研究更具有参考性；

●在Matlab中设计的控制算法自动生成代码，自动加载到实时目标机中运行，避免了繁琐的编程和Debug工作

●使用门槛低，会Matlab仿真即可完成实验测试工作，所有测试工作只需一人即可完成

●模型与硬件接口链接简单，只需记住端口编号即可，更不用配置硬件各类细节，免去一切不必要的麻烦；

●性价比高，在同等功能的前提下，YXSPACE成本更低。

●具备自主编写的驱动库，可以直接导入到Simulink库中，用户可以直接在Matlab软件中拖动相应的硬件元件库，将模型中的数据直接与硬件对接，无需再花费时间去查询硬件映射。8种库文件，可适用于各种工程调试需求。

●模型转换文件的透明化，用户可直接查看模型转换后的源码。

YXSPACE-VIEW2000软件

研旭公司专门为SP2000研发了一套上位机监控软件VIEW2000软件。

VIEW2000软件中包含控制器设置以及组态区。其中控制器设置界面共有4类控制器设置，包括仿真步长设置，DO控制源设置，QEP/CAP模式设置，PWM模块设置。

03

桌面型功率模块YXPHM

YXPHM系列采用基于模型设计的理念，脱胎于研旭成熟产品光伏并网逆变器与风机变流器等成熟产品，又结合了研旭多年的模块化组件与开放式平台研发经验，对该拓扑结构与驱动电路、传感器电路、信号处理电路进一步集成，同时提供实际控制器接口、快速原型控制器结构与实际控制器模块，为用户提供性价比更好的模块化产品。

YXPHM多功能桌面型电力电子功率转换平台，采用积木式搭建形式，将功率转换电路中的电感，电容，功率开关等器件方便的组合在一起，形成电力电子积木PEBB（Power Electronics Building Block）。

开发平台包括硬件部分、软件驱动，是针对高校开展电力电子技术研究推出的一种开放式的二次开发教学科研平台。该平台在硬件上采用分体化设计，控制板、采集板、功率板、电容板等模块化，外壳采用透明的亚克力板材，美观实用，用户可以方便观察内部的硬件结构。同时顶盖可以打开，方便进行相关信号的测量。

主要功能

1、模块拓展：采用模块化设计，用户可以定制所需要的拓扑，提供开源软件模块，用户可进行二次开发。可进行多种拓扑定制：

2、开放设计：开放给用户硬件原理图、硬件设计说明以及软件模块如底层驱动，控制算法等。

3、安全稳定：设计了健全的保护机制，软件方面有过压保护、欠压保护、过流速断保护、IGBT过热保护、通讯保护等；硬件方面有短路保护、IGBT过流保护等。

4、半实物仿真：方便与研旭YXspace控制器、NI控制器、RT-LAB控制器、dSPACE控制器等数字实时仿真器对接，可提供相应的数字转接板，免去客户硬件设计之忧。

主控CPU采用目前流行的DSP，型号为TI公司的TMS320F28335，其32位浮点处理能力，非常适用于变流器控制场合。通过传感器分别采集三相交流电流、三相交流电压、直流侧电压、电流以及温度等信息送给DSP，然后DSP经过特定的算法，输出PWM调制波控制开关器件，从而可以实现直流变交流或者交流变直流能量双向流动。

图为实物图片，采用亚格力材料封装。可以平放在桌子上面，故称作桌面型功率模块。

04

控制算法及模型

提供与此项目配套的Simulink仿真模型，该模型可以直接驱动功率硬件电路，实现功率变换。仿真模型需开放，用户可以直接在此基础上进行修改，便于二次开发。

配备相应的Matlab离线仿真算法模型一套，供用户进行基于模型的算法优化设计。

05

开源资料

1、提供变流器电路板硬件原理图：控制板，电源板，信号板，电容板，驱动板；

2、开放控制板的debug接口，客户可以烧写自己的程序；

3、开放变流器源代码代码（选配），包括但不限于程序主框架、硬件驱动功能、硬件配置功能、通讯功能、保护功能、编码器功能、采样功能、滤波函数、FOC控制算法等。（选配）

4、提供变流器的simulink算法模型，控制模型完全开放且可修改，用户可直接使用。

06

车网监控系统

调度监控系统是V2G系统的神经中枢和能量管理中心，系统利用物联网技术构建传感测控网络，对智能微网各种类设备运行、环境状态及人员管理进行综合的信息感知，监控各节点的运行信息，集成系统发电和储能监控、供电监控、计费管理等功能。同时接收调度中心下发的调度指令，并根据当前各节点的运行信息合理的分配调度指令。

系统特点

系统覆盖发电、储能、能量转换、供配电及整体调度的各个环节，实现全方位的监测监控管理，保障微网各环节安全可靠运行。

监控系统是整个软件系统的基础平台，通过对各回路智能设备的数据采集，实现对系统运行状态的监视与控制。

监控系统全面遵循国际标准，采用面向对象、组件化分层、分布设计思想。系统软件结构从逻辑上分为三层：

数据接口层：数据接口专门用于数据采集和协议转换。

数据处理层：包括实时数据库环境、事件服务器环境、计算环境、历史数据环境、校时服务器环境等。

数据应用层：包括数据展现功能，同时包含基于此数据开发的众多通用或扩展应用模块，比如负荷预测、功率分析等

新工科电力电子与电机控制教学实验台

YXMBD-TE1000