導(dǎo)語(yǔ)：電力電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)計(jì)算平臺(tái)開(kāi)發(fā)探討一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：介紹了電力電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)計(jì)算平臺(tái)，主要從計(jì)算平臺(tái)的技術(shù)定位、功能要求、技術(shù)方案、平臺(tái)架構(gòu)、前臺(tái)開(kāi)發(fā)、后臺(tái)開(kāi)發(fā)和性能測(cè)試等方面對(duì)計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行了詳細(xì)論述。該計(jì)算平臺(tái)的實(shí)際應(yīng)用，特別是相關(guān)產(chǎn)品實(shí)際工程數(shù)據(jù)測(cè)試，表明該計(jì)算平臺(tái)架構(gòu)規(guī)范合理、性能穩(wěn)定、計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)化、快速性、低差錯(cuò)率、保密性和可追溯性等效果。

關(guān)鍵詞：電力電子；設(shè)計(jì)計(jì)算；二次開(kāi)發(fā)；系統(tǒng)架構(gòu)

電力電子技術(shù)是一門(mén)應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，是使用晶閘管、GTO、IGBT等電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)，主要用于電力變換，其所變換的功率大到數(shù)百M(fèi)W甚至是GW，也可小到數(shù)W甚至1W以下。隨著電力電子技術(shù)以及電子器件的發(fā)展，電力電子產(chǎn)品的應(yīng)用場(chǎng)景也呈現(xiàn)出多樣化的特點(diǎn)，如交直流電機(jī)、冶金工業(yè)、航空、航天、高壓直流輸電、柔性直流輸電、無(wú)功補(bǔ)償以及家用電器等方面，因此對(duì)電力電子產(chǎn)品的參數(shù)計(jì)算、控制、設(shè)計(jì)等提出了更高的要求。本文以高壓直流輸電中的換流閥產(chǎn)品為契機(jī)，提出一種通用型的電力電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)計(jì)算系統(tǒng)整體架構(gòu)，研發(fā)一套電力電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)計(jì)算平臺(tái)，以有效提高設(shè)計(jì)人員在電力電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面的效率及能力。換流閥作為直流輸電的核心設(shè)備之一，設(shè)計(jì)復(fù)雜、造價(jià)昂貴，一個(gè)微小的設(shè)計(jì)差錯(cuò)都可能造成重大損失，因此對(duì)換流閥設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性提出了很高的要求。為了降低換流閥產(chǎn)品設(shè)計(jì)差錯(cuò)率，提高換流閥設(shè)計(jì)效率，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，本文在以往多個(gè)直流工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上，結(jié)合換流閥產(chǎn)品特點(diǎn)，系統(tǒng)梳理和研究補(bǔ)充換流閥設(shè)計(jì)計(jì)算方法，開(kāi)發(fā)了基于Mathcad后臺(tái)的換流閥設(shè)計(jì)計(jì)算平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，大大提高了換流閥設(shè)計(jì)效率和準(zhǔn)確性。

1平臺(tái)方案的確定

1．1計(jì)算平臺(tái)要求

根據(jù)計(jì)算平臺(tái)的戰(zhàn)略性和規(guī)范性定位，對(duì)計(jì)算平臺(tái)的功能和架構(gòu)提出要求。1．1．1功能要求（1）設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)具備模塊化計(jì)算和權(quán)限管理。（2）標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)計(jì)算。（3）設(shè)計(jì)計(jì)算的系統(tǒng)性、準(zhǔn)確性和快速性。（4）系統(tǒng)計(jì)算的同時(shí)應(yīng)兼顧某個(gè)方面的單獨(dú)計(jì)算。（5）計(jì)算完成后形成標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)報(bào)告。（6）計(jì)算的可追溯性。（7）涵蓋±1100kV／6250A以下所有電壓和電流等級(jí)換流閥產(chǎn)品。1．1．2平臺(tái)架構(gòu)要求結(jié)合換流閥產(chǎn)品，提出一種通用型的電力電子平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)，具體要求如圖1所示。

1．2平臺(tái)技術(shù)方案的確定

1．2．1后臺(tái)技術(shù)方案后臺(tái)是換流閥設(shè)計(jì)計(jì)算平臺(tái)的核心，后臺(tái)技術(shù)方案的選擇是整個(gè)計(jì)算平臺(tái)開(kāi)發(fā)的重中之重。后臺(tái)根據(jù)計(jì)算平臺(tái)的功能要求及目前的技術(shù)水平主要有以下實(shí)現(xiàn)方式。（1）基于計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言后臺(tái)的計(jì)算平臺(tái)。該方式要求所有的數(shù)據(jù)計(jì)算在編程里實(shí)現(xiàn)，計(jì)算速度最快，但對(duì)于計(jì)算較復(fù)雜的公式，該方式實(shí)現(xiàn)困難，一旦平臺(tái)搭建完畢，修改核心算法的代價(jià)很大。（2）基于Excel后臺(tái)的計(jì)算平臺(tái)。該方式采用Excel自帶的計(jì)算功能進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，計(jì)算速度快，但對(duì)于工程項(xiàng)目，一旦平臺(tái)搭建完畢，項(xiàng)目的再次擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)難度較大，且難以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的相關(guān)維護(hù)、過(guò)程查看等要求。（3）基于Mathcad后臺(tái)的計(jì)算平臺(tái)。Mathcad是一款專(zhuān)業(yè)的工程計(jì)算軟件，其計(jì)算過(guò)程可視化程度很高，文件中的任何部分都可以制作成動(dòng)畫(huà)、圖標(biāo)和影像數(shù)據(jù)。與專(zhuān)有的計(jì)算工具和電子表格不同，它顯著提高了工程設(shè)計(jì)人員的個(gè)人工作效率和過(guò)程生產(chǎn)效率，再結(jié)合其提供的用于二次開(kāi)發(fā)的API接口，很容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的搭建。與其他計(jì)算解決方案不同的是，Mathcad是第一個(gè)允許計(jì)算者在一個(gè)工作表中同時(shí)創(chuàng)建和記錄工程計(jì)算的解決方案。三種實(shí)現(xiàn)方式的優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1。綜上分析，確定后臺(tái)采用Mathcad技術(shù)方案。1．2．2平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)的確定根據(jù)平臺(tái)架構(gòu)要求，有以下技術(shù)方案。（1）數(shù)據(jù)基于服務(wù)器技術(shù)方案。圖2所示技術(shù)方案的前提是辦公環(huán)境具備局域網(wǎng)，比較適合協(xié)同計(jì)算和便于管理，也是設(shè)計(jì)工作信息化的一個(gè)發(fā)展方向。該方案中，計(jì)算平臺(tái)的服務(wù)器是計(jì)算平臺(tái)的載體，用戶通過(guò)訪問(wèn)服務(wù)器（未來(lái)可擴(kuò)展到OA或者PDM）的一級(jí)菜單進(jìn)入計(jì)算頁(yè)面；模塊存儲(chǔ)位置是Mathcad計(jì)算模塊的統(tǒng)一存放位置；產(chǎn)品庫(kù)為后續(xù)計(jì)算結(jié)果的存儲(chǔ)位置（后續(xù)擴(kuò)展）；計(jì)算客戶端在用戶登錄服務(wù)器訪問(wèn)計(jì)算頁(yè)面，選取對(duì)應(yīng)模板，輸入?yún)?shù)后進(jìn)行計(jì)算，返回結(jié)果。該方案可形成完全的平臺(tái)級(jí)計(jì)算平臺(tái)，方便維護(hù)算例和擴(kuò)展模塊，方便使用，數(shù)據(jù)保密和安全度高。（2）數(shù)據(jù)基于本地技術(shù)方案。圖3所示技術(shù)方案是將開(kāi)發(fā)好的計(jì)算平臺(tái)用程序封裝后安裝于計(jì)算者計(jì)算機(jī)上，從技術(shù)定位上講，這種技術(shù)方案屬于計(jì)算工具范疇，不屬于計(jì)算平臺(tái)范疇。當(dāng)然這種技術(shù)方案比較適合在外出差無(wú)網(wǎng)絡(luò)的情況下使用。該方案中，計(jì)算算例和計(jì)算模板都封裝于程序，本地計(jì)算返回結(jié)果，產(chǎn)品用戶通過(guò)登錄程序口令訪問(wèn)計(jì)算頁(yè)面，選取對(duì)應(yīng)的模板，輸入?yún)?shù)，產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)算并返回結(jié)果。該平臺(tái)簡(jiǎn)單小巧易用，程序安裝包可安裝于任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)。

2平臺(tái)開(kāi)發(fā)

換流閥設(shè)計(jì)計(jì)算平臺(tái)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及以下技術(shù)領(lǐng)域。（1）基于晶閘管換流閥的電氣設(shè)計(jì)計(jì)算方法。該部分為后臺(tái)開(kāi)發(fā)范疇，是整個(gè)計(jì)算平臺(tái)的核心，主要涉及換流閥電氣設(shè)計(jì)計(jì)算的核心設(shè)計(jì)計(jì)算方法，屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域。（2）基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的網(wǎng)頁(yè)開(kāi)發(fā)及計(jì)算機(jī)編程。該部分為前臺(tái)開(kāi)發(fā)范疇，是整個(gè)計(jì)算平臺(tái)的外衣，屬于計(jì)算機(jī)網(wǎng)頁(yè)開(kāi)發(fā)及編程技術(shù)領(lǐng)域。（3）基于Mathcad工程計(jì)算軟件的二次開(kāi)發(fā)。該部分實(shí)現(xiàn)前臺(tái)和后臺(tái)的數(shù)據(jù)傳送，也是該平臺(tái)開(kāi)發(fā)的一個(gè)難點(diǎn)，需要在Mathcad專(zhuān)業(yè)軟件的基礎(chǔ)上二次開(kāi)發(fā)特定的函數(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳送和調(diào)用，屬于專(zhuān)業(yè)軟件的二次開(kāi)發(fā)，將此部分劃歸前臺(tái)開(kāi)發(fā)范疇。

2．1后臺(tái)開(kāi)發(fā)

從早期的舟山直流工程、嵊泗直流工程開(kāi)始，西安西電電力系統(tǒng)公司幾乎為我國(guó)每個(gè)直流工程設(shè)計(jì)和制造了晶閘管換流閥，經(jīng)過(guò)幾十年的工程實(shí)踐和幾代技術(shù)人員的不懈努力，積累了較為完善的晶閘管換流閥設(shè)計(jì)計(jì)算方法。開(kāi)發(fā)過(guò)程中主要有以下工作。（1）換流閥設(shè)計(jì)計(jì)算方法的系統(tǒng)性梳理與完善，這是后臺(tái)開(kāi)發(fā)中最大的技術(shù)難點(diǎn)，需要對(duì)以前積累的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行全面的總結(jié)梳理，并進(jìn)行歸類(lèi)，同時(shí)需要補(bǔ)充部分新的換流閥性能計(jì)算方法。需要解決的不是建立新的計(jì)算理論，而是對(duì)特定的性能如何應(yīng)用現(xiàn)有理論進(jìn)行計(jì)算的問(wèn)題。（2）由于涉及的計(jì)算面廣、計(jì)算變量繁多和變量之間頻繁相互調(diào)用，因此需要從平臺(tái)和專(zhuān)業(yè)的角度對(duì)所有變量標(biāo)準(zhǔn)化，以統(tǒng)一變量標(biāo)示。（3）根據(jù)換流閥產(chǎn)品特點(diǎn)和設(shè)計(jì)計(jì)算的不同側(cè)重點(diǎn)以及后期的可擴(kuò)展性，將計(jì)算模塊化處理，即將特定性能的計(jì)算形成一個(gè)單獨(dú)的Mathcad文件模板，并增加標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)文件邊框，在設(shè)計(jì)計(jì)算的同時(shí)形成標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)報(bào)告，大大提高設(shè)計(jì)效率和降低設(shè)計(jì)人員的工作強(qiáng)度。模板的劃分也是項(xiàng)目中的一個(gè)重點(diǎn)，必須具有規(guī)范性、合理性和兼顧不同客戶的不同習(xí)慣。

2．2前臺(tái)開(kāi)發(fā)

計(jì)算平臺(tái)的前臺(tái)是人機(jī)交互的橋梁和紐帶，雖然從技術(shù)角度講界面的開(kāi)發(fā)沒(méi)有技術(shù)難點(diǎn)，但是界面的架構(gòu)布局、各功能模塊的劃分等至關(guān)重要，涉及到技術(shù)保密性、設(shè)計(jì)可追溯性和規(guī)范性等問(wèn)題。前臺(tái)開(kāi)發(fā)的技術(shù)難點(diǎn)在于開(kāi)發(fā)前臺(tái)和后臺(tái)數(shù)據(jù)調(diào)用函數(shù)，調(diào)用函數(shù)必須能夠兼顧前臺(tái)的網(wǎng)頁(yè)開(kāi)發(fā)編程語(yǔ)言和后臺(tái)專(zhuān)業(yè)的Mathcad軟件開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。開(kāi)發(fā)的計(jì)算平臺(tái)物理架構(gòu)如圖4所示。服務(wù)器端可放置于機(jī)房?jī)?nèi)，客戶端為連接服務(wù)器的個(gè)人計(jì)算機(jī)。

3性能測(cè)試

計(jì)算平臺(tái)性能測(cè)試是對(duì)平臺(tái)開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要評(píng)價(jià)，主要測(cè)試以下內(nèi)容。（1）平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)記錄信息、權(quán)限等平臺(tái)管理性能測(cè)試。（2）用實(shí)際的工程數(shù)據(jù)對(duì)計(jì)算平臺(tái)從系統(tǒng)登錄到設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行了全流程測(cè)試、計(jì)算結(jié)果測(cè)試及數(shù)據(jù)調(diào)用測(cè)試等。（3）平臺(tái)的可擴(kuò)展性及數(shù)據(jù)關(guān)系測(cè)試，包括模塊的可擴(kuò)展性、界面的可擴(kuò)展性和數(shù)據(jù)調(diào)用關(guān)系修改等測(cè)試。4結(jié)語(yǔ)通過(guò)多個(gè)實(shí)際直流工程數(shù)據(jù)測(cè)試證明，該設(shè)計(jì)計(jì)算平臺(tái)計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確可信，在系統(tǒng)計(jì)算時(shí)，各模塊數(shù)據(jù)調(diào)用正確、協(xié)調(diào)，模塊獨(dú)立計(jì)算模式、模塊內(nèi)部計(jì)算方式切換順暢，功能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。設(shè)計(jì)計(jì)算平臺(tái)基于服務(wù)器模式，便于管理維護(hù)，具備事件記錄功能和權(quán)限管理功能，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算的可追溯性和安全性。設(shè)計(jì)計(jì)算平臺(tái)的開(kāi)發(fā)，提高了換流閥設(shè)計(jì)計(jì)算的系統(tǒng)性、準(zhǔn)確性、快速性，達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)要求以及計(jì)算過(guò)程可視化和數(shù)據(jù)安全性兩個(gè)矛盾體同時(shí)實(shí)現(xiàn)的要求。

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作者：袁祥生 單位：睢縣城市管理局