王育飛　薛花　王魯楊　楊興武　趙玲

摘 要 隨著電力電子技術的廣泛應用和日益發(fā)展，電力電子技術課程的實驗教學內(nèi)容及教學方式需進行改進與探索。在教學創(chuàng)新中，拓展科研平臺的單向服務功能，提出基于鉛酸蓄電池儲能系統(tǒng)的電力電子技術綜合實驗課程設計，構建先進儲能技術工程化應用環(huán)境，引導學生深入學習鉛酸蓄電池、電池管理系統(tǒng)以及儲能變流器等設備的工作原理，掌握系統(tǒng)的運行操作流程，對于電力電子技術在鉛酸蓄電池儲能系統(tǒng)的微電網(wǎng)應用實現(xiàn) “三面向”的教學目標，即面向一線、面向電力、面向創(chuàng)新。通過該科研平臺的教學型轉化，避免了傳統(tǒng)理論教學中與實際應用聯(lián)系較少的不足，提升了教學效果，培養(yǎng)學生學習興趣的同時增強了動手能力及創(chuàng)新能力。

關鍵詞 電力電子技術綜合實驗 鉛酸蓄電池儲能系統(tǒng) 教學型轉化 “三面向”教學目標

中圖分類號：G642.4 文獻標識碼：A

0 引言

鉛酸蓄電池儲能系統(tǒng)能夠支撐微電網(wǎng)離網(wǎng)穩(wěn)定運行，維持微電網(wǎng)電壓、頻率恒定；并網(wǎng)運行時能夠根據(jù)調(diào)度指令發(fā)出或吸收功率，同時可實現(xiàn)并、離網(wǎng)的無縫切換。

在傳統(tǒng)教學方法中，通常僅對鉛酸蓄電池儲能系統(tǒng)主要部分如電池組、儲能變流器的工作原理進行介紹，教學效果較差。為便于學生理解，提高教學效率，利用科研平臺開設電力電子技術綜合實驗，實現(xiàn)“面向一線、面向電力、面向創(chuàng)新”的實驗教學創(chuàng)新實踐，在給予學生感性認識的同時，能夠更深刻地理解實際儲能系統(tǒng)各硬件設備的工作原理以及運行特點，并能夠鍛煉學生的動手能力與創(chuàng)新能力。

1 鉛酸蓄電池儲能系統(tǒng)科研平臺

建立的鉛酸蓄電池儲能系統(tǒng)科研平臺主要具有以下功能：（1）有功功率和無功功率控制，可根據(jù)微電網(wǎng)監(jiān)控后臺指令控制其有功功率和無功功率輸出；（2）V/F控制功能，微電網(wǎng)離網(wǎng)運行時，保證電網(wǎng)電壓、頻率恒定，作為主電源支撐整個微電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運行；（3）無縫切換功能，當電網(wǎng)發(fā)生故障時能夠快速切除電網(wǎng)，將儲能系統(tǒng)從并網(wǎng)工作狀態(tài)轉入獨立逆變工作狀態(tài)；（4）故障保護功能，如欠壓/過壓保護、過載保護、過熱保護以及對地電阻監(jiān)測和報警功能。

鉛酸蓄電池儲能系統(tǒng)主要包括三部分：鉛酸蓄電池組（額定功率30kW）、電池管理系統(tǒng)（BMS）以及50kW雙向儲能變流器（PCS）。同時，隔離變壓器可實現(xiàn)儲能變流器與電網(wǎng)之間的電氣隔離，保證平臺運行及實驗操作的安全性。此外，為了使平臺能夠正常工作，方便觀察、讀取數(shù)據(jù)，還設置了報表查詢、數(shù)據(jù)分析以及狀態(tài)監(jiān)測單元。

2 電力電子技術綜合實驗設計

為了讓學生更加直觀、更加深刻地理解電力電子技術，根據(jù)科研平臺現(xiàn)有功能以及電力電子技術教學特點，設計基于鉛酸蓄電池儲能系統(tǒng)平臺的電力電子技術綜合實驗，實驗內(nèi)容包括鉛酸蓄電池充電操作、放電操作以及電池監(jiān)控操作三部分內(nèi)容。

在進行電力電子技術綜合實驗之前，根據(jù)工程應用操作需求，學生實驗前準備工作：

（1）運行前觀察PCS指示燈為“停機”狀態(tài)，如顯示“故障”應停止實驗操作；

（2）觀察儲能系統(tǒng)監(jiān)控柜操作面板，確保所有電池處于正常狀態(tài)，無單體端電壓過低或過高。

2.1鉛酸蓄電池充電操作實驗

鉛酸蓄電池儲能系統(tǒng)連接380V市電時，雙向儲能變流器可對電池組進行充電。引導學生學習儲能變流器控制界面的使用與正確操作，了解“充電”工作模式，學習包括恒流、恒壓以及恒功率三種充電模式的工作原理，能夠設置合理的充電電壓、電流等運行參數(shù)。實驗過程中，學生可通過電池監(jiān)控柜操作面板，觀察電池端電壓曲線、功率曲線以及SOC數(shù)值的變化情況。

2.2鉛酸蓄電池放電操作實驗

鉛酸蓄電池儲能系統(tǒng)為微電網(wǎng)的一個重要組成部分，能夠補償新能源發(fā)電的功率波動，對微電網(wǎng)內(nèi)的負荷提供持續(xù)、穩(wěn)定電能。通過實驗，引導學生學習利用PCS控制界面在“模式控制”中選擇“放電”模式，與“充電”模式相同，掌握恒流、恒壓以及恒功率三種放電模式的工作原理，能夠合理設置放電電壓、放電電流等運行參數(shù)。實驗過程中，學生可通過電池監(jiān)控柜的操作面板，觀察電池端電壓曲線、功率曲線以及SOC數(shù)值的變化情況。

2.3鉛酸蓄電池監(jiān)控操作實驗

鉛酸蓄電池管理系統(tǒng)可對電池組電壓、內(nèi)阻、SOC以及溫度等參數(shù)進行實時監(jiān)測。通過電池監(jiān)控柜面板，學生可通過觀察、記錄系統(tǒng)運行參數(shù)，學習判斷鉛酸蓄電池組的運行狀況。

為了鍛煉學生應對故障的實踐能力，在實驗中設置典型故障，讓學生學習相應的解決方法：

（1）對鉛酸蓄電池進行充放電時，PCS操作面板中不顯示工作狀態(tài)或鉛酸蓄電池監(jiān)控柜顯示“開路”。此時，引導學生先觀察鉛酸蓄電池監(jiān)控柜中電池總端電壓數(shù)值，由于PCS控制系統(tǒng)要求儲能變流器直流側即蓄電池總端電壓最小值為450V。因此，當實際值低于450V時，PCS無法完成對電池組的充放電操作。

解決方法訓練：應用充電機，對鉛酸蓄電池組進行分組充電，直到端電壓高于450V時，再嘗試通過PCS對電池組進行充電。

（2）在進行充放電實驗過程中，PCS突然停止工作，操作面板顯示“故障”或“停機”。此時，引導學生先（下轉第30頁）（上接第17頁）觀察鉛酸蓄電池監(jiān)控柜的顯示狀態(tài)，若電池組運行正?？纱_定為PCS出現(xiàn)故障。

解決方法訓練：儲能變流器開關管會由于過電流導致器件保護裝置動作。因此在PCS斷電情況下，使用萬用表測量每個開關管兩端的熔斷器，若萬用表顯示無窮大阻值，需更換該熔斷器。

3 結語

在傳統(tǒng)教學過程中，學生對電力電子理論知識理解困難。通過鉛酸蓄電池儲能系統(tǒng)實驗平臺，采用合理的教學方式，可以提高教學質(zhì)量方便學生理解。同時，可以利用在實驗過程中的實際波形以及出現(xiàn)的問題，拓寬教學知識范圍，在理論知識的基礎上開拓學生的眼界、提高學習效率，并培養(yǎng)學生解決問題的意識、動手能力以及創(chuàng)新能力，實現(xiàn)“三面向”實踐教學目標。

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