導語：電力電子產品設計計算平臺開發探討一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：介紹了電力電子產品設計計算平臺，主要從計算平臺的技術定位、功能要求、技術方案、平臺架構、前臺開發、后臺開發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用，特別是相關產品實際工程數據測試，表明該計算平臺架構規范合理、性能穩定、計算結果準確，達到了預期設計計算的標準化、快速性、低差錯率、保密性和可追溯性等效果。

關鍵詞：電力電子；設計計算；二次開發；系統架構

電力電子技術是一門應用于電力領域的電子技術，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，主要用于電力變換，其所變換的功率大到數百MW甚至是GW，也可小到數W甚至1W以下。隨著電力電子技術以及電子器件的發展，電力電子產品的應用場景也呈現出多樣化的特點，如交直流電機、冶金工業、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，因此對電力電子產品的參數計算、控制、設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品為契機，提出一種通用型的電力電子產品設計計算系統整體架構，研發一套電力電子產品設計計算平臺，以有效提高設計人員在電力電子產品設計方面的效率及能力。換流閥作為直流輸電的核心設備之一，設計復雜、造價昂貴，一個微小的設計差錯都可能造成重大損失，因此對換流閥設計的準確性提出了很高的要求。為了降低換流閥產品設計差錯率，提高換流閥設計效率，實現標準化設計，本文在以往多個直流工程實踐的基礎上，結合換流閥產品特點，系統梳理和研究補充換流閥設計計算方法，開發了基于Mathcad后臺的換流閥設計計算平臺，實現了標準化設計，大大提高了換流閥設計效率和準確性。

1平臺方案的確定

1．1計算平臺要求

根據計算平臺的戰略性和規范性定位，對計算平臺的功能和架構提出要求。1．1．1功能要求（1）設計計算應具備模塊化計算和權限管理。（2）標準化設計計算。（3）設計計算的系統性、準確性和快速性。（4）系統計算的同時應兼顧某個方面的單獨計算。（5）計算完成后形成標準的設計報告。（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品。1．1．2平臺架構要求結合換流閥產品，提出一種通用型的電力電子平臺系統架構，具體要求如圖1所示。

1．2平臺技術方案的確定

1．2．1后臺技術方案后臺是換流閥設計計算平臺的核心，后臺技術方案的選擇是整個計算平臺開發的重中之重。后臺根據計算平臺的功能要求及目前的技術水平主要有以下實現方式。（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據計算在編程里實現，計算速度最快，但對于計算較復雜的公式，該方式實現困難，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據計算，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難度較大，且難以實現項目的相關維護、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、圖標和影像數據。與專有的計算工具和電子表格不同，它顯著提高了工程設計人員的個人工作效率和過程生產效率，再結合其提供的用于二次開發的API接口，很容易實現系統的搭建。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建和記錄工程計算的解決方案。三種實現方式的優缺點見表1。綜上分析，確定后臺采用Mathcad技術方案。1．2．2平臺技術架構的確定根據平臺架構要求，有以下技術方案。（1）數據基于服務器技術方案。圖2所示技術方案的前提是辦公環境具備局域網，比較適合協同計算和便于管理，也是設計工作信息化的一個發展方向。該方案中，計算平臺的服務器是計算平臺的載體，用戶通過訪問服務器（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計算模塊的統一存放位置；產品庫為后續計算結果的存儲位置（后續擴展）；計算客戶端在用戶登錄服務器訪問計算頁面，選取對應模板，輸入參數后進行計算，返回結果。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，數據保密和安全度高。（2）數據基于本地技術方案。圖3所示技術方案是將開發好的計算平臺用程序封裝后安裝于計算者計算機上，從技術定位上講，這種技術方案屬于計算工具范疇，不屬于計算平臺范疇。當然這種技術方案比較適合在外出差無網絡的情況下使用。該方案中，計算算例和計算模板都封裝于程序，本地計算返回結果，產品用戶通過登錄程序口令訪問計算頁面，選取對應的模板，輸入參數，產品進行計算并返回結果。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

換流閥設計計算平臺是一個復雜的系統，涉及以下技術領域。（1）基于晶閘管換流閥的電氣設計計算方法。該部分為后臺開發范疇，是整個計算平臺的核心，主要涉及換流閥電氣設計計算的核心設計計算方法，屬于電力電子技術領域。（2）基于計算機技術的網頁開發及計算機編程。該部分為前臺開發范疇，是整個計算平臺的外衣，屬于計算機網頁開發及編程技術領域。（3）基于Mathcad工程計算軟件的二次開發。該部分實現前臺和后臺的數據傳送，也是該平臺開發的一個難點，需要在Mathcad專業軟件的基礎上二次開發特定的函數，實現數據的雙向傳送和調用，屬于專業軟件的二次開發，將此部分劃歸前臺開發范疇。

2．1后臺開發

從早期的舟山直流工程、嵊泗直流工程開始，西安西電電力系統公司幾乎為我國每個直流工程設計和制造了晶閘管換流閥，經過幾十年的工程實踐和幾代技術人員的不懈努力，積累了較為完善的晶閘管換流閥設計計算方法。開發過程中主要有以下工作。（1）換流閥設計計算方法的系統性梳理與完善，這是后臺開發中最大的技術難點，需要對以前積累的設計方法進行全面的總結梳理，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用現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用，因此需要從平臺和專業的角度對所有變量標準化，以統一變量標示。（3）根據換流閥產品特點和設計計算的不同側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，并增加標準設計文件邊框，在設計計算的同時形成標準的設計報告，大大提高設計效率和降低設計人員的工作強度。模板的劃分也是項目中的一個重點，必須具有規范性、合理性和兼顧不同客戶的不同習慣。

2．2前臺開發

計算平臺的前臺是人機交互的橋梁和紐帶，雖然從技術角度講界面的開發沒有技術難點，但是界面的架構布局、各功能模塊的劃分等至關重要，涉及到技術保密性、設計可追溯性和規范性等問題。前臺開發的技術難點在于開發前臺和后臺數據調用函數，調用函數必須能夠兼顧前臺的網頁開發編程語言和后臺專業的Mathcad軟件開發語言。開發的計算平臺物理架構如圖4所示。服務器端可放置于機房內，客戶端為連接服務器的個人計算機。

3性能測試

計算平臺性能測試是對平臺開發的一個重要評價，主要測試以下內容。（1）平臺數據庫記錄信息、權限等平臺管理性能測試。（2）用實際的工程數據對計算平臺從系統登錄到設計計算進行了全流程測試、計算結果測試及數據調用測試等。（3）平臺的可擴展性及數據關系測試，包括模塊的可擴展性、界面的可擴展性和數據調用關系修改等測試。4結語通過多個實際直流工程數據測試證明，該設計計算平臺計算結果準確可信，在系統計算時，各模塊數據調用正確、協調，模塊獨立計算模式、模塊內部計算方式切換順暢，功能達到預期目標。設計計算平臺基于服務器模式，便于管理維護，具備事件記錄功能和權限管理功能，實現了計算的可追溯性和安全性。設計計算平臺的開發，提高了換流閥設計計算的系統性、準確性、快速性，達到了標準化設計要求以及計算過程可視化和數據安全性兩個矛盾體同時實現的要求。

參考文獻

［1］陳錫磊，周浩，王東舉，等．參數修正法用于浙西±800kV閥廳空氣凈距設計［J］．高電壓技術，2011，37（9）：2185－2189．

［2］GB／T20990．1－2007高氣試驗［S］．

［3］趙婉君．高壓直流輸電工程技術［M］．北京：中國電力出版社，2004．

［4］劉振亞．特高壓直流輸電技術研究成果專輯（2008年）［M］．北京：中國電力出版社，2008．

［5］聶定珍，馬為民，李明．錦屏－蘇南特高壓直流輸電工程換流站絕緣配合［J］．高電壓技術，2010（1）：92．

［6］張相宇，溫渤嬰，李鵬．高壓直流輸電系統主回路參數計算平臺的研發［J］．電力建設，2014，35（2）：52－56．

作者：袁祥生 單位：睢縣城市管理局