一種直流配電網動態模擬實驗裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及輸配電技術領域，特別是設及一種直流配電網動態模擬實驗裝置及方 法。
【背景技術】
[0002] 直流配電網是指從輸電網到用戶之間，W直流形式由大量直流端互聯組成的能量 傳輸系統。直流配電網采用直直變換技術，利用晶閩管和自關斷器件來實現通斷控制，將直 流電壓斷續加到負載上。相比于交流配電網，直流配電網的應用可實現新能源的平滑接入 和有功、無功功率的獨立控制，提供適應性更強的供電模式，W及靈活和安全的配電控制。 從輸電領域看，直流配電網與分布式電源接入靈活、設備投資低，電能質量高，供電可靠性 好，擁有巨大的發展前景。
[0003] 由于直流配電網具有大量電力電子裝置，且各裝置結構復雜，包含相當數目快速 暫態的投切器件，同時，直流電網運行需要觀察較長時間的動態。因此，直流電網建模仿真 技術面臨著模型適應性、準確度的挑戰。現有的直流配電網動態模擬平臺包括電壓源型換 流器、各種分布式能源發電模擬裝置、儲能裝置、直流配電線路模擬裝置、各類負荷模擬裝 置、直流變壓器等直流配電系統典型元件的動態模擬。
[0004] 然而，現有的直流配電網動態模擬實驗研究裝置模擬對象單一，無法通過調節配 電網動態模擬設備的線路參數W及添加直流測試儀等操作，研究直流配電網系統的動態模 擬和仿真實驗。
【發明內容】
[0005] 本發明提供了一種直流配電網動態模擬實驗裝置及方法，W解決現有技術中無法 通過調節配電網動態模擬設備線路參數W及添加直流測試儀等操作，解決直流配電網系統 的動態模擬和仿真實驗模擬對象單一的問題。
[0006] 為了解決上述技術問題，本發明實施例公開了如下技術方案：
[0007] -種直流配電網動態模擬實驗方法，包括W下步驟：
[000引在線路接口斷路器之間接入直流線路；
[0009] 閉合線路接口斷路器；
[0010] 閉合負載斷路器。
[0011] 優選的，直流配電網動態模擬實驗方法還包括W下步驟：
[0012] 閉合第一交流供電斷路器、第二交流供電斷路器和雙側線路接口斷路器，模擬環 狀直流配電拓撲結構；
[0013] 閉合第一交流供電斷路器、第二交流供電斷路器和單側并網線路線路接口斷路 器，模擬兩端直流配電拓撲結構；
[0014] 閉合第一交流供電斷路器和單端并網線路線路接口斷路器，模擬放射狀直流配電 拓撲結構。
[0015] -種直流配電網動態模擬實驗裝置，包括交流供電系統、負載、負載斷路器、直流 配電線路、線路接口、線路接口斷路器、直流線路和高壓直流母線，其中，
[0016] 交流供電系統與直流配電線路相連；
[0017] 直流配電線路與高壓直流母線相連；
[0018] 線路接口通過線路接口斷路器與直流配電線路相連；
[0019]直流線路與線路接口相連；
[0020]負載通過負載斷路器與高壓直流母線相連。
[0021 ]優選的，直流線路包括直流電纜或直流測試儀。
[0022] 優選的，交流供電系統包括第一交流供電接口、第二交流供電接口、第一交流供電 斷路器、第二交流供電斷路器;其中，第一交流接口和第二交流接口一端分別與交流系統相 連，另一端分別通過第一交流供電斷路器和第二交流供電斷路器與高壓直流母線相連。
[0023] 優選的，直流配電網動態模擬實驗裝置還包括試驗接口，試驗接口包括并網線路 實驗接口和并網線路實驗接口斷路器，并網線路實驗接口通過并網線路實驗接口斷路器與 高壓直流母線相連。
[0024] 優選的，直流配電網動態模擬實驗裝置還包括發電裝置和發電裝置斷路器，發電 裝置通過發電裝置斷路器與高壓直流母線相連。
[0025] 優選的，直流配電網動態模擬實驗裝置還包括儲能裝置和儲能裝置斷路器，儲能 裝置通過儲能裝置斷路器與高壓直流母線相連。
[0026] 優選的，直流配電網動態模擬實驗裝置還包括低壓直流母線和低壓直流變壓器， 低壓直流母線通過低壓直流變壓器與高壓直流母線相連。
[0027] 優選的，負載包括高壓線性負載、高壓非線性負載、低壓線性負載、低壓非線性負 載、直流負載和交流負載，其中高壓線性負載、高壓非線性負載、直流負載和交流負載通過 負載斷路器與高壓直流母線相連，低壓線性負載和低壓非線性負載通過負載斷路器與低壓 直流母線相連。
[00%]優選的，直流配電網動態模擬實驗裝置還包括同步電機、異步電機和電機斷路器， 同步電機和異步電機通過電機斷路器與低壓直流母線相連。
[0029] 由W上技術方案可見，本發明提供的直流配電網動態模擬實驗方法及裝置，包括 在線路接口斷路器之間接入直流線路，閉合線路接口斷路器W及閉合負載斷路器的步驟。 通過在直流配電線路中設置線路接口，使得直流配電網動態模擬實驗裝置可W接入不同類 型的直流電纜或者直流測試儀，繼而通過調節配電網動態模擬設備的直流電纜線路參數W 及添加直流測試儀等操作，解決直流配電網系統的動態模擬和仿真實驗模擬對象單一的問 題。
【附圖說明】
[0030] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領域普通技術人員而 言，在不付出創造性勞動的前提下，還可W根據運些附圖獲得其他的附圖。
[0031] 圖1為本發明實施例提供的第一種直流配電網動態模擬實驗裝置結構示意圖；
[0032] 圖2為本發明實施例提供的第二種直流配電網動態模擬實驗裝置結構示意圖；
[0033] 圖3為本發明實施例提供的第=種直流配電網動態模擬實驗裝置結構示意圖。
【具體實施方式】
[0034] 為了使本技術領域的人員更好地理解本發明中的技術方案，下面將結合本發明實 施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施 例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通 技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發明保護 的范圍。
[0035] 圖1為直流配電網動態模擬實驗裝置的電路結構示意圖，由圖可見，直流配電網動 態模擬實驗裝置包括負載、負載斷路器、線路接口斷路器、直流配電線路、線路接口和高壓 直流母線，其中，直流配電線路與高壓直流母線相連，線路接口通過線路接口斷路器與直流 配電線路相連，負載通過負載斷路器與高壓直流母線相連。
[0036] 圖2為本發明實施例提供的第二種直流配電網動態模擬實驗裝置結構示意圖，由 圖可見，直流配電網動態模擬實驗裝置還包括第一交流供電接口、第二交流供電接口、第一 交流供電斷路器1、第二交流供電斷路器18;其中，第一交流接口和所述第二交流接口一端 分別與交流系統相連，另一端分別與第一交流供電斷路器1和第二交流供電斷路器18相連。 圖3為本發明實施例提供的第=種直流配電網動態模擬實驗裝置結構示意圖，由圖3可見， 第一交流供電斷路器1和第二交流供電斷路器18通過整流環節(AC/DC裝置)裝置與高壓直 流母線相連。
[0037] 本發明提供的直流配電網動態模擬實驗裝置與交流無窮大系統有兩處接口，分別 為第一交流供電接口和第二交流供電接口。無窮大系統是根據電網容量的比例來計算的。 交流大系統的容量至少要達到實驗系統容量的10倍W上，相對于直流配網實驗系統的容量 才可W看作無窮大交流系統。因此本發明提供的實驗裝置與交流大系統的兩處接入點為專 線接入，并在交流電網系統外部加裝隔離變壓器，經過變換后的系統容量達到250kVA，完全 滿足交流無窮大系統的條件。交流供電器通過交流供電斷路器與高壓直流母線相連。
[003引配網系統中電壓一般為10.化V，容量為1000 kVAW上，本發明中選用電壓±380V， 容量25kVA，因此功率模擬比為：
[0040] 其中，下標S (sour Ce)表示原型系統的物理量，m (mode 1)則表示模擬系統的物理 量。
[0041] 電壓模擬比為：
[0043]電流模擬比為：
[0045]模擬系統的最大電流為
[0047] 由圖3可見，本發明提供的直流配電網動態模擬實驗裝置試驗接口還包括并網線 路實驗接口和并網線路實驗接口斷路器22和/或23,并網線路實驗接口通過并網線路實驗 接口斷路器與高壓直流母線相連。并網線路實驗接口可W連接直流斷路器、直流變壓器和 新研制設備等。通過閉合并網線路實驗接口斷路器22和/或23,可W將直流斷路器、直流變 壓器和/或新研制設備接入試驗系統，對不同設備在不同類型故障下進行運行控制和繼電 保護研究。其中，直流變壓器可W連接直流儲能電源和直流負荷，來測試直流變壓器的性 能；也可W通過接入不同類型的直流負荷比較不同類型直流負荷的特性；W及通過直流儲 能接入研究儲能裝置對于直流配電系統運行的影響。
[0048] 直流配電網動態模擬實驗裝置包括發電裝置和發電裝置斷路器26、27和28,發電 裝置通過發電裝置斷路器26、27和28與高壓直流母線相連。發電裝置為新能源發電系統，包 括生物質發電電池組、風力發電機和光伏陣列發電。風力發電作為交流分布式電源經過整 流環節(AC/DC裝置)將交流電壓轉換為直流電壓接入高壓直流母線上;生物質發電電池組 和光伏陣列發電作為直流分布式電源經直流斬波器(DC/DC裝置)接入高壓直流母線上。
[0049] 直流配電網動態模擬實驗裝置還包括儲能裝置和儲能裝置斷路器29和30,儲能通 過儲能裝置斷路器29和30與高壓直流母線相連。各類型的儲能設備通過直流斬波器(DC/DC 裝置)接入直流高壓母線上，連接儲能設備的直流斬波器(DC/DC裝置)需要對儲能設備進行 充、放電，需要具備能量雙向流動功能。本發明提供的儲能裝置包括超級電容儲能設備和蓄 電池儲能設備。超級電容器作為一種新興的儲能器件，使用特殊材料制作電極和電解質，其 存儲容量是普通電容器的20~1000倍，但又保持了能量釋放快的特點。蓄電池儲能設備由 電池、直-交逆變器、控制裝置及輔助設備等部分組成。蓄電池分為很多種，在大規模儲能系 統方面，目前國內外應用較廣、技術相對成熟的蓄電池有鉛酸蓄電池、鋼硫電池和液饑電 池。本發明優選鉛酸蓄電池，其造價便宜，便于直流配電網試