一種直流配電網動態模擬實驗裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型實施例公開了一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，交流供電系統與直流配電線路相連；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；直流線路與線路接口相連；負載通過負載斷路器與高壓直流母線相連。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以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以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。
【專利說明】
-種直流配電網動態模擬實驗裝置
技術領域
[0001] 本實用新型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。
【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。 【實用新型內容】
[0005] 本實用新型提供了一種直流配電網動態模擬實驗裝置，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，本實用新型公開了如下技術方案：
[0007] -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，
[000引交流供電系統與直流配電線路相連；
[0009] 直流配電線路與高壓直流母線相連；
[0010] 線路接口通過線路接口斷路器與直流配電線路相連；
[0011]直流線路與線路接口相連；
[0012] 負載通過負載斷路器與高壓直流母線相連。
[0013] 優選的，直流線路包括直流電纜或直流測試儀。
[0014] 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。
[0015] 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。
[0016] 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。
[0017] 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。
[0018] 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。
[0019] 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。
[0020] 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。
[0021] 由W上技術方案可見，本實用新型提供的直流配電網動態模擬實驗裝置，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】
[0022] 為了更清楚地說明本實用新型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。
[0023] 圖1為本實用新型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；
[0024] 圖2為本實用新型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；
[0025] 圖3為本實用新型實施例提供的第Ξ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】
[0026] 為了使本技術領域的人員更好地理解本實用新型中的技術方案，下面將結合本實 用新型實施例中的附圖，對本實用新型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實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型 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，都應當屬于本實用新型保護的范圍。
[0027] 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。
[0028] 圖2為本實用新型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為本實用新型實施例提供的第Ξ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。
[0029] 本實用新型實施例提供的實施例中，閉合第一交流供電斷路器1和2,第二交流供 電斷路器17和18和雙側線路接口斷路器3-16,可W模擬環狀直流配電拓撲結構；閉合第一 交流供電斷路器1和2,第二交流供電斷路器17和18和單側并網線路線路接口斷路器3-10， 可W模擬兩端直流配電拓撲結構；閉合第一交流供電斷路器1和2和單端并網線路線路接口 斷路器3，4或/和15，16，可W模擬放射狀直流配電拓撲結構。
[0030] 本實用新型實施例提供的環狀直流配電拓撲結構具有雙端電源，提高了供電可靠 性，同時環狀直流配電拓撲結構包含多條直流供電線路和直流母線，提高了分布式電源及 儲能裝置接入的靈活性。該種拓撲結構的系統投資大，供電范圍大，可靠性高，但網絡較復 雜，因此其故障識別與保護控制配合等難度較大。放射狀直流配電拓撲結構結構簡單，投資 費用低，故障識別及保護控制配合等相對容易，但供電可靠性較差，隨著負荷的增加，直流 電壓會隨著潮流流動的方向下降。并且容易發生停電故障。兩端直流配拓撲電結構和交流 系統有兩個接入點，和放射狀結構相比供電可靠性有所提高，在兩端直流配電網中通常會 有一端的交流接口采用定電壓控制，其余交流接口采用定功率控制，因此兩端配電結構的 控制保護和配合相對復雜。在現有的直流供電系統中，如船舶供電系統、電力牽引供電系統 等多數采用兩端式供電結構。本實用新型提供的直流配電網動態模擬實驗裝置可W能夠通 過接線方式的切換來進行環狀、放射狀與兩端式巧巾拓撲結構的相互變換，模擬不同運行方 式下的工況，W此來模擬并研究Ξ種不同拓撲結構的特點及各自的優勢。
[0031] 本實用新型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。因此本實用新型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
[0032] 配網系統中電壓一般為10.5kV，容量為lOOOkVAW上，本實用新型中選用電壓± 380V，容量25kVA，因此功率模擬比為：
[0033]
[0034] 其中，下標S(sou;rce)表示原型系統的物理量，m(model)則表示模擬系統的物理 量。
[0035] 電壓模擬比為：
[0041] 由圖3可見，本實用新型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。
[0042] 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。
[0043] 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。本實用新型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。本實用新型優選鉛酸蓄電池，其造價便宜，便于直流配電網試驗。
[0044] 本實用新型提供的直流配電網動態模擬實驗裝置具有兩個直流電壓等級，高壓直 流電壓為±380V，低壓直流電壓為±220V，用于給不同電壓等級的負荷供電。直流±380母 線主要是為了匹配工業標準的直流電壓等級，它通過整流器和功率因數校正電路接入主電 網；直流±220V母線主要是為了匹配通信標準的直流電壓等級，它通過直流變壓器與± 380V母線相連。分層式母線結構可W減少電源適配器的使用，另一方面，直流變壓器將兩種 電壓等級進行了隔離，提高了為低壓設備供電的安全性。
[0045] 本實用新型提供的直流配電網動態模擬實驗裝置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分別通過負載斷路器19、21、20和25與高壓直流母線相 連，低壓線性負載和低壓非線性負載分別通過負載斷路器32和33與低壓直流母線相連。交 流負載和非線性負載通過整流環節(AC/DC裝置)接入直流高壓母線上；線性負載通過直流 斬波器(DC/DC裝置)接入直流高壓母線上;直流負載通過直流變壓器接入直流高壓母線上。
[0046] 本實用新型提供的直流配電網動態模擬實驗裝置還同步電機、異步電機和電機斷 路器34和35。同步電機和所述異步電機通過整流環節(AC/DC裝置)接入低壓直流母線上。電 機斷路器34和35分別控制同步電機和異步電機的通斷。同步電機和異步電機可在系統完全 停電的條件下，斷開第一交流供電斷路器1和2、第二交流供電斷路器17和18,進行相關直流 配電網模擬試驗。
[0047] 需要說明的是，在本文中，諸如"第一"和"第二"等之類的關系術語僅僅用來將一 個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示運些實體或操作之 間存在任何運種實際的關系或者順序。而且，術語"包括"、"包含"或者其任何其他變體意在 涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些 要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為運種過程、方法、物品或者設 備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句"包括一個……"限定的要素，并不排除 在包括要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
[0048] W上僅是本實用新型的【具體實施方式】，使本領域技術人員能夠理解或實現本實用 新型。對運些實施例的多種修改對本領域的技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義 的一般原理可W在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此， 本實用新型將不會被限制于本文所示的運些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新 穎特點相一致的最寬的范圍。
[0049] W上僅是本實用新型的【具體實施方式】，應當指出，對于本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可W做出若干改進和潤飾，運些改進和潤飾 也應視為本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1. 一種直流配電網動態模擬實驗裝置，其特征在于，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， 所述交流供電系統與所述直流配電線路相連； 所述直流配電線路與所述高壓直流母線相連； 所述線路接口通過所述線路接口斷路器與所述直流配電線路相連； 所述直流線路與線路接口相連； 所述負載通過所述負載斷路器與所述高壓直流母線相連。2. 根據權利要求1所述的直流配電網動態模擬實驗裝置，其特征在于，所述直流線路包 括直流電纜或直流測試儀。3. 根據權利要求1所述的直流配電網動態模擬實驗裝置，其特征在于，所述交流供電系 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，所述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，另一端分別通 過所述第一交流供電斷路器和所述第二交流供電斷路器與所述高壓直流母線相連。4. 根據權利要求1所述的直流配電網動態模擬實驗裝置，其特征在于，所述直流配電網 動態模擬實驗裝置還包括試驗接口，所述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，所述并網線路實驗接口通過所述并網線路實驗接口斷路器與所述高壓直流母 線相連。5. 根據權利要求1所述的直流配電網動態模擬實驗裝置，其特征在于，所述直流配電網 動態模擬實驗裝置還包括發電裝置和發電裝置斷路器，所述發電裝置通過所述發電裝置斷 路器與所述高壓直流母線相連。6. 根據權利要求1所述的直流配電網動態模擬實驗裝置，其特征在于，所述直流配電網 動態模擬實驗裝置還包括儲能裝置和儲能裝置斷路器，所述儲能裝置通過所述儲能裝置斷 路器與所述高壓直流母線相連。7. 根據權利要求1所述的直流配電網動態模擬實驗裝置，其特征在于，所述直流配電網 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，所述低壓直流母線通過所述低 壓直流變壓器與所述高壓直流母線相連。8. 根據權利要求7所述的直流配電網動態模擬實驗裝置，其特征在于，所述負載包括 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 中所述高壓線性負載、高壓非線性負載、直流負載和交流負載通過所述負載斷路器與所述 高壓直流母線相連，所述低壓線性負載和低壓非線性負載通過所述負載斷路器與所述低壓 直流母線相連。9. 根據權利要求7所述的直流配電網動態模擬實驗裝置，其特征在于，所述直流配電網 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，所述同步電機和所述異步電 機通過所述電機斷路器與所述低壓直流母線相連。
【文檔編號】G01R31/08GK205450176SQ201620128022
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年2月18日
【發明人】沈鑫, 馬紅升, 張林山, 曹敏, 黃星, 周年榮, 閆永梅
【申請人】云南電網有限責任公司電力科學研究院