導(dǎo)語：電力電子產(chǎn)品設(shè)計計算平臺開發(fā)探討一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，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)計計算平臺，主要從計算平臺的技術(shù)定位、功能要求、技術(shù)方案、平臺架構(gòu)、前臺開發(fā)、后臺開發(fā)和性能測試等方面對計算平臺進行了詳細論述。該計算平臺的實際應(yīng)用，特別是相關(guān)產(chǎn)品實際工程數(shù)據(jù)測試，表明該計算平臺架構(gòu)規(guī)范合理、性能穩(wěn)定、計算結(jié)果準(zhǔn)確，達到了預(yù)期設(shè)計計算的標(biāo)準(zhǔn)化、快速性、低差錯率、保密性和可追溯性等效果。

關(guān)鍵詞：電力電子；設(shè)計計算；二次開發(fā)；系統(tǒng)架構(gòu)

電力電子技術(shù)是一門應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，是使用晶閘管、GTO、IGBT等電力電子器件對電能進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MW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)用場景也呈現(xiàn)出多樣化的特點，如交直流電機、冶金工業(yè)、航空、航天、高壓直流輸電、柔性直流輸電、無功補償以及家用電器等方面，因此對電力電子產(chǎn)品的參數(shù)計算、控制、設(shè)計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，提出一種通用型的電力電子產(chǎn)品設(shè)計計算系統(tǒng)整體架構(gòu)，研發(fā)一套電力電子產(chǎn)品設(shè)計計算平臺，以有效提高設(shè)計人員在電力電子產(chǎn)品設(shè)計方面的效率及能力。換流閥作為直流輸電的核心設(shè)備之一，設(shè)計復(fù)雜、造價昂貴，一個微小的設(shè)計差錯都可能造成重大損失，因此對換流閥設(shè)計的準(zhǔn)確性提出了很高的要求。為了降低換流閥產(chǎn)品設(shè)計差錯率，提高換流閥設(shè)計效率，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，本文在以往多個直流工程實踐的基礎(chǔ)上，結(jié)合換流閥產(chǎn)品特點，系統(tǒng)梳理和研究補充換流閥設(shè)計計算方法，開發(fā)了基于Mathcad后臺的換流閥設(shè)計計算平臺，實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，大大提高了換流閥設(shè)計效率和準(zhǔn)確性。

1平臺方案的確定

1．1計算平臺要求

根據(jù)計算平臺的戰(zhàn)略性和規(guī)范性定位，對計算平臺的功能和架構(gòu)提出要求。1．1．1功能要求（1）設(shè)計計算應(yīng)具備模塊化計算和權(quán)限管理。（2）標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計計算。（3）設(shè)計計算的系統(tǒng)性、準(zhǔn)確性和快速性。（4）系統(tǒng)計算的同時應(yīng)兼顧某個方面的單獨計算。（5）計算完成后形成標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計報告。（6）計算的可追溯性。（7）涵蓋±1100kV／6250A以下所有電壓和電流等級換流閥產(chǎn)品。1．1．2平臺架構(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系統(tǒng)架構(gòu)，具體要求如圖1所示。

1．2平臺技術(shù)方案的確定

1．2．1后臺技術(shù)方案后臺是換流閥設(shè)計計算平臺的核心，后臺技術(shù)方案的選擇是整個計算平臺開發(fā)的重中之重。后臺根據(jù)計算平臺的功能要求及目前的技術(shù)水平主要有以下實現(xiàn)方式。（1）基于計算機編程語言后臺的計算平臺。該方式要求所有的數(shù)據(jù)計算在編程里實現(xiàn)，計算速度最快，但對于計算較復(fù)雜的公式，該方式實現(xiàn)困難，一旦平臺搭建完畢，修改核心算法的代價很大。（2）基于Excel后臺的計算平臺。該方式采用Excel自帶的計算功能進行數(shù)據(jù)計算，計算速度快，但對于工程項目，一旦平臺搭建完畢，項目的再次擴展實現(xiàn)難度較大，且難以實現(xiàn)項目的相關(guān)維護、過程查看等要求。（3）基于Mathcad后臺的計算平臺。Mathcad是一款專業(yè)的工程計算軟件，其計算過程可視化程度很高，文件中的任何部分都可以制作成動畫、圖標(biāo)和影像數(shù)據(jù)。與專有的計算工具和電子表格不同，它顯著提高了工程設(shè)計人員的個人工作效率和過程生產(chǎn)效率，再結(jié)合其提供的用于二次開發(fā)的API接口，很容易實現(xiàn)系統(tǒng)的搭建。與其他計算解決方案不同的是，Mathcad是第一個允許計算者在一個工作表中同時創(chuàng)建和記錄工程計算的解決方案。三種實現(xiàn)方式的優(yōu)缺點見表1。綜上分析，確定后臺采用Mathcad技術(shù)方案。1．2．2平臺技術(shù)架構(gòu)的確定根據(jù)平臺架構(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)同計算和便于管理，也是設(shè)計工作信息化的一個發(fā)展方向。該方案中，計算平臺的服務(wù)器是計算平臺的載體，用戶通過訪問服務(wù)器（未來可擴展到OA或者PDM）的一級菜單進入計算頁面；模塊存儲位置是Mathcad計算模塊的統(tǒng)一存放位置；產(chǎn)品庫為后續(xù)計算結(jié)果的存儲位置（后續(xù)擴展）；計算客戶端在用戶登錄服務(wù)器訪問計算頁面，選取對應(yīng)模板，輸入?yún)?shù)后進行計算，返回結(jié)果。該方案可形成完全的平臺級計算平臺，方便維護算例和擴展模塊，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)方案是將開發(fā)好的計算平臺用程序封裝后安裝于計算者計算機上，從技術(shù)定位上講，這種技術(shù)方案屬于計算工具范疇，不屬于計算平臺范疇。當(dāng)然這種技術(shù)方案比較適合在外出差無網(wǎng)絡(luò)的情況下使用。該方案中，計算算例和計算模板都封裝于程序，本地計算返回結(jié)果，產(chǎn)品用戶通過登錄程序口令訪問計算頁面，選取對應(yīng)的模板，輸入?yún)?shù)，產(chǎn)品進行計算并返回結(jié)果。該平臺簡單小巧易用，程序安裝包可安裝于任何一臺計算機。

2平臺開發(fā)

換流閥設(shè)計計算平臺是一個復(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)計計算方法。該部分為后臺開發(fā)范疇，是整個計算平臺的核心，主要涉及換流閥電氣設(shè)計計算的核心設(shè)計計算方法，屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域。（2）基于計算機技術(shù)的網(wǎng)頁開發(fā)及計算機編程。該部分為前臺開發(fā)范疇，是整個計算平臺的外衣，屬于計算機網(wǎng)頁開發(fā)及編程技術(shù)領(lǐng)域。（3）基于Mathcad工程計算軟件的二次開發(fā)。該部分實現(xiàn)前臺和后臺的數(shù)據(jù)傳送，也是該平臺開發(fā)的一個難點，需要在Mathcad專業(yè)軟件的基礎(chǔ)上二次開發(fā)特定的函數(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳送和調(diào)用，屬于專業(yè)軟件的二次開發(fā)，將此部分劃歸前臺開發(fā)范疇。

2．1后臺開發(fā)

從早期的舟山直流工程、嵊泗直流工程開始，西安西電電力系統(tǒng)公司幾乎為我國每個直流工程設(shè)計和制造了晶閘管換流閥，經(jīng)過幾十年的工程實踐和幾代技術(shù)人員的不懈努力，積累了較為完善的晶閘管換流閥設(shè)計計算方法。開發(fā)過程中主要有以下工作。（1）換流閥設(shè)計計算方法的系統(tǒng)性梳理與完善，這是后臺開發(fā)中最大的技術(shù)難點，需要對以前積累的設(shè)計方法進行全面的總結(jié)梳理，并進行歸類，同時需要補充部分新的換流閥性能計算方法。需要解決的不是建立新的計算理論，而是對特定的性能如何應(yīng)用現(xiàn)有理論進行計算的問題。（2）由于涉及的計算面廣、計算變量繁多和變量之間頻繁相互調(diào)用，因此需要從平臺和專業(yè)的角度對所有變量標(biāo)準(zhǔn)化，以統(tǒng)一變量標(biāo)示。（3）根據(jù)換流閥產(chǎn)品特點和設(shè)計計算的不同側(cè)重點以及后期的可擴展性，將計算模塊化處理，即將特定性能的計算形成一個單獨的Mathcad文件模板，并增加標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計文件邊框，在設(shè)計計算的同時形成標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計報告，大大提高設(shè)計效率和降低設(shè)計人員的工作強度。模板的劃分也是項目中的一個重點，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前臺開發(fā)

計算平臺的前臺是人機交互的橋梁和紐帶，雖然從技術(shù)角度講界面的開發(fā)沒有技術(shù)難點，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)計可追溯性和規(guī)范性等問題。前臺開發(fā)的技術(shù)難點在于開發(fā)前臺和后臺數(shù)據(jù)調(diào)用函數(shù)，調(diào)用函數(shù)必須能夠兼顧前臺的網(wǎng)頁開發(fā)編程語言和后臺專業(yè)的Mathcad軟件開發(fā)語言。開發(fā)的計算平臺物理架構(gòu)如圖4所示。服務(wù)器端可放置于機房內(nèi)，客戶端為連接服務(wù)器的個人計算機。

3性能測試

計算平臺性能測試是對平臺開發(fā)的一個重要評價，主要測試以下內(nèi)容。（1）平臺數(shù)據(jù)庫記錄信息、權(quán)限等平臺管理性能測試。（2）用實際的工程數(shù)據(jù)對計算平臺從系統(tǒng)登錄到設(shè)計計算進行了全流程測試、計算結(jié)果測試及數(shù)據(jù)調(diào)用測試等。（3）平臺的可擴展性及數(shù)據(jù)關(guān)系測試，包括模塊的可擴展性、界面的可擴展性和數(shù)據(jù)調(diào)用關(guān)系修改等測試。4結(jié)語通過多個實際直流工程數(shù)據(jù)測試證明，該設(shè)計計算平臺計算結(jié)果準(zhǔn)確可信，在系統(tǒng)計算時，各模塊數(shù)據(jù)調(diào)用正確、協(xié)調(diào)，模塊獨立計算模式、模塊內(nèi)部計算方式切換順暢，功能達到預(yù)期目標(biāo)。設(shè)計計算平臺基于服務(wù)器模式，便于管理維護，具備事件記錄功能和權(quán)限管理功能，實現(xiàn)了計算的可追溯性和安全性。設(shè)計計算平臺的開發(fā)，提高了換流閥設(shè)計計算的系統(tǒng)性、準(zhǔn)確性、快速性，達到了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計要求以及計算過程可視化和數(shù)據(jù)安全性兩個矛盾體同時實現(xiàn)的要求。

參考文獻

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作者：袁祥生 單位：睢縣城市管理局