复杂配电网模拟仿真系统技术方案

针对具有互动化、智能化特性的有源配电网技术仿真试验需要，与采用旋转电机模拟电源、只能同时模拟一个电压等级的仿真系统不同，本发明专利技术集成电网电源、分布式电源、事故、线路、交直流配电、多样性负荷等模拟仿真技术，提出了一种含多个电压等级、8个模块的复杂配电网模拟仿真系统，包括反映电网一次、二次部分的电网模拟、电源模拟、负荷模拟、控制模拟、保护模拟等5个模块，以及利于仿真试验的事件/检测模拟、接口模、同步模拟等3个附加模块。本发明专利技术能够实现包含分布式电源、多样性负荷、智能化设备/系统、自动化/信息化系统、交直流混合电网、闭环运行等新要素的配电网稳态、暂态、多级配电网一体化仿真试验。

【技术实现步骤摘要】
复杂配电网模拟仿真系统
本专利技术涉及一种配电网模拟仿真系统，具体涉及一种复杂配电网模拟仿真系统。
技术介绍
近年来，随着分布式电源、需求侧响应、电动汽车及智能电网的发展，配电网成为包含分布式电源、多样性负荷接入的有源网络，具有规模大、点多面广、结构复杂的特点，是一个离散与连续过程相结合、暂态过程与稳态相结合的复杂系统，配电技术面临重大变革。如何针对配电网的发展趋势，开展有效的技术研究与试验，对于推动配电技术发展具有重要作用，对配电网仿真试验技术提出了新挑战。一方面，配电技术研究与发展更需要仿真技术支持。分布式电源、需求侧响应、电动汽车及智能化装备、系统的应用，使配电网运行特性更加复杂，增加了建模与分析的难度，甚至受条件限制难以有效建模。而采用仿真特别是模拟仿真，可有效克服上述缺点，对复杂配电网进行各类特性仿真。另一方面，当前的动态模拟仿真系统不能满足多形态配电网仿真需要。电力系统动态模拟仿真以相似理论为理论依据，用同步发电机模拟发电系统，通过电阻、电感、电容元件的串并联模拟电力线路，用低压负荷模拟电力系统负荷，应用中，通常将220kV、500kV等高电压等比降低到100V或150V电压等级，线路参数可以用实际电网参数或按一定比例降低，负荷也按也按照一定比例缩小。这种电源用同步发电机的动态模拟仿真，含有旋转装置，运行控制、组网复杂，仿真建模周期长、成本高，同时这种模拟仿真对接入大电网的配电网并不适用，与配电网短路电流、调频调压特性等有较大偏差，也不能满足多电压级电网联合模拟仿真、交直流混合电网模拟仿真需要。近年来，随着分布式电源、微电网的发展，出现了微电网模拟仿真系统，该系统通常用交-直-交逆变电源模拟电网，用电阻、电感、电容元件的串并联模拟低压线路，系统运行电压与低压电网电压保持一致，线路参数与实际低压电网保持一致，负荷与实际电网保持一致，分布式电源用真实的分布式电源或用风电、光伏等分布式电源的模拟电源。这种模拟仿真，类似于真型仿真，电压等级及模拟的对象基本固定，灵活性不足，对配电网模拟仿真有一定适用性，但装备配置、参数设置等方面的影响，不能满足配电网安全保护、自动化系统等的仿真试验需要，也不能满足多电压等级配电网联合仿真需要，适用范围、可仿真的功能有限。本专利针对当前模拟仿真技术存在的问题，基于配电网及智能配电网在配电技术研究、试验、运行分析与决策等方面的模拟仿真需要，并结合配电网技术发展趋势，解决如何开展包含传统配电网及分布式电源、微电网、电动汽车/充放电装置、智能化设备/系统、自动化/信息化系统、直流电网、交直流混合电网、闭环运行电网、电力电子逆变装置等新要素的配电网模拟仿真试验问题，提出一种配电网模拟仿真系统的构成、关键设备组成及功能、模拟系统的组网等技术解决方案，为构建复杂配电网动态模拟仿真系统、开展有源配电网动态模拟试验提供依据，为配电网技术发展、电网安全可靠性提高提供有力支持。具有以下特点：(1)构建了适合配电网动态模拟仿真试验的模拟仿真电源系统。采用同步系统将不同的电力电子逆变电源进行整合构成模拟仿真电源系统，高精度的控制各电力电子逆变电源的输入、输出特性，可以根据试验需要模拟所需要的配电网供电电源的各类特性。(2)构筑了可以等效模拟复杂配电网、多级电网一体化动态模拟仿真系统，模拟仿真环境、运行特点、结构形式等更接近真实电网，为复杂配电网仿真试验、多级电网控制/调度一体化、多级电网互动条件下的特性研究提供支持。(3)采用模块化设计方式，给出了各模块的典型实现方式、应用方法，组网、试验方式灵活，易于扩展。
技术实现思路
为了满足现有技术的需要，本专利技术提供了一种复杂配电网模拟仿真系统，所述系统包括电网模拟模块和电源模拟模块，所述系统包括分别与所述电网模拟模块连接的负荷模拟模块、控制模拟模块、事件/检测模拟模块、保护模拟模块和接口模块；所述电源模拟模块分别与所述控制模拟模块、所述保护模拟模块和同步模拟模块连接；所述同步模块与所述接口模块连接。优选的，所述电源模拟模块包括电网电源模拟单元和分布式电源模拟单元；所述电网电源模拟单元的数目至少为1；优选的，所述电网电源模拟单元包括电力电子逆变电源、升压变压器和储能单元；所述电力电子逆变电源的供电方式包括：用交-直-交逆变器将供电电网中的交流电源直接变换为所述系统需要的交流电源；以及分别用交-直逆变器和直-交逆变器，将供电电网中的交流电源转换为直流电源后再转换为所述系统需要的交流电源；所述交-直逆变器输出的直流电源为所述电网模拟模块中直流电网的供电电源；所述电力电子逆变电源的输出模式包括三相三线输出模式、三相四线输出模式、三通道独立输出模式和单相并联输出模式；所述三通道独立输出模式为三路单相电压分别独立输出；所述单相并联输出模式为三路单相电压并联输出；所述电力电子逆变电源的输出控制方式包括恒定控制方式和模拟同步发电机控制方式；所述恒定控制方式为所述电源输出的电压、电流和频率依据设定值输出；所述模拟同步发电机控制方式为模拟同步放电机的出力、调频和调压特性调整所述电源输出的电压、电流和频率；所述升压变压器的绕组设置有高压侧、中压侧和低压侧；所述电力电子逆变电源接入所述中压侧或低压侧；所述储能单元，用于模拟当功率逆向时从所述系统吸收有功功率；优选的，所述分布式电源模拟单元的供电方式包括统一模式和独立模式；所述统一模式为，所述电力电子逆变电源的交-直-交逆变器从电网取电后，依据电力电子逆变电源的输出控制方式模拟不同类型的分布式电源；恒定控制方式用于模拟光伏发电、光热放电和风力发电；模拟同步发电机控制方式用于模拟燃气轮机发电；所述独立模式为，所述电力电子逆变电源模拟燃气轮机发电，用交-直逆变器和直-交逆变器对电网中交流电源转换以模拟光伏发电和光热发电，用电动机拖动发电机模拟风力发电；优选的，所述电网模拟模块包括变电站模拟模块和电力线路模拟模块；所述变电站模拟模块包括模拟主变压器、模拟接地单元和模拟开关；所述电力线路模拟模块包括模拟馈线、模拟开关、模拟变压器、模拟无功补偿单元和模拟调压单元；优选的，所述模拟主变压器与电源模拟模块连接，对模拟电源升压或降压；所述模拟主变压器为三相绕组变压器和双相绕组变压器的任一种变压器；所述模拟变压器的高压侧绕组为三角形连接和星形连接的任一种连接方式，中压侧绕组和低压侧绕组为星形连接，绕组上设置有中性点抽头；所述模拟主变压器的出线端包括至少三回线路；优选的，所述模拟接地单元与所述模拟主变压器的中性点抽头连接，用于模拟所述模拟主变压器的接地装置；所述模拟接地单元包括独立设置的电阻和电抗，以及两组接地线；所述电阻和电抗用于调节所述模拟主变压器的接地阻抗；一组所述接地线接入大地，另一组所述接地线与大地绝缘；优选的，所述模拟开关，用于模拟所述模拟变电站和所述模拟馈线上的断路器、分段器、负荷开关、熔断器和隔离开关；所述模拟开关的两侧安装有电压互感器，任一侧安装有电流互感器；所述模拟开关的布置方式包括固定安装式和集中安装式；所述固定安装式为，将所述模拟开关分别与所述模拟主变压器、所述模拟馈线、所述模拟变压器、所述模拟无功补偿单元和所述模拟调压单元固定连接；所述集中安装式为，将所有模拟开关集中放置在至少一个开关柜内，每个开关柜相互独立；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复杂配电网模拟仿真系统，所述系统包括电网模拟模块和电源模拟模块，其特征在于，所述系统包括分别与所述电网模拟模块连接的负荷模拟模块、控制模拟模块、事件/检测模拟模块、保护模拟模块和接口模块；所述电源模拟模块分别与所述控制模拟模块、所述保护模拟模块和同步模拟模块连接；所述同步模块与所述接口模块连接。

【技术特征摘要】
1.一种复杂配电网模拟仿真系统，所述系统包括电网模拟模块和电源模拟模块，其特征在于，所述系统包括分别与所述电网模拟模块连接的负荷模拟模块、控制模拟模块、事件/检测模拟模块、保护模拟模块和接口模块；所述电源模拟模块分别与所述控制模拟模块、所述保护模拟模块和同步模块连接；所述同步模块与所述接口模块连接；所述电源模拟模块包括电网电源模拟单元和分布式电源模拟单元；所述电网电源模拟单元的数目至少为1；所述电网电源模拟单元包括电力电子逆变电源、升压变压器和储能单元；所述电力电子逆变电源的供电方式包括：用交-直-交逆变器将供电电网中的交流电源直接变换为所述系统需要的交流电源；以及分别用交-直逆变器和直-交逆变器，将供电电网中的交流电源转换为直流电源后再转换为所述系统需要的交流电源；所述交-直逆变器输出的直流电源为所述电网模拟模块中直流电网的供电电源；所述电力电子逆变电源的输出模式包括三相三线输出模式、三相四线输出模式、三通道独立输出模式和单相并联输出模式；所述三通道独立输出模式为三路单相电压分别独立输出；所述单相并联输出模式为三路单相电压并联输出；所述电力电子逆变电源的输出控制方式包括恒定控制方式和模拟同步发电机控制方式；所述恒定控制方式为所述电源输出的电压、电流和频率依据设定值输出；所述模拟同步发电机控制方式为模拟同步发电机的出力、调频和调压特性调整所述电源输出的电压、电流和频率；所述升压变压器的绕组设置有高压侧、中压侧和低压侧；所述电力电子逆变电源接入所述中压侧或低压侧；所述储能单元，用于模拟当功率逆向时从所述系统吸收有功功率。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分布式电源模拟单元的供电方式包括统一模式和独立模式；所述统一模式为，电力电子逆变电源的交-直-交逆变器从电网取电后，依据电力电子逆变电源的输出控制方式模拟不同类型的分布式电源；恒定控制方式用于模拟光伏发电、光热放电和风力发电；模拟同步发电机控制方式用于模拟燃气轮机发电；所述独立模式为，电力电子逆变电源模拟燃气轮机发电，用交-直逆变器和直-交逆变器对电网中交流电源转换以模拟光伏发电和光热发电，用电动机拖动发电机模拟风力发电。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电网模拟模块包括变电站模拟模块和电力线路模拟模块；所述变电站模拟模块包括模拟主变压器、模拟接地单元和模拟开关；所述电力线路模拟模块包括模拟馈线、模拟开关、模拟变压器、模拟无功补偿单元和模拟调压单元。4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述模拟主变压器与电源模拟模块连接，对模拟电源升压或降压；所述模拟主变压器为三相绕组变压器和双相绕组变压器的任一种变压器；所述模拟变压器的高压侧绕组为三角形连接和星形连接的任一种连接方式，中压侧绕组和低压侧绕组为星形连接，绕组上设置有中性点抽头；所述模拟主变压器的出线端包括至少三回线路。5.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述模拟接地单元与所述模拟主变压器的中性点抽头连接，用于模拟所述模拟主变压器的接地装置；所述模拟接地单元包括独立设置的电阻和电抗，以及两组接地线；所述电阻和电抗用于调节所述模拟主变压器的接地阻抗；一组所述接地线接入大地，另一组所述接地线与大地绝缘。6.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述模拟开关，用于模拟所述变电站模拟模块和所述电力线路模拟模块中模拟馈线上的断路器、分段器、负荷开关、熔断器和隔离开关；所述模拟开关的两侧安装有电压互感器，任一侧安装有电流互感器；所述模拟开关的布置方式包括固定安装式和集中安装式；所述固定安装式为，将所述模拟开关分别与所述模拟主变压器、所述模拟馈线、所述模拟变压器、所述模拟无功补偿单元和所述模拟调压单元固定连接；所述集中安装式为，将所有模拟开关集中放置在至少一个开关柜内，每个开关柜相互独立。7.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述模拟馈线，用于模拟三相架空线路和三相电缆；所述模拟馈线包括电阻、电抗和电容，用于模拟实际线路的参数；所述电容设置有开关，用于旁路所述模拟馈线；所述模拟馈线模拟的线路上设置有线路长度调整段点；所述线路长度调整段点，用于接入所述模拟开关、模拟变压器、模拟无功补偿单元和模拟调压单元。8.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述模拟变压器，用于模拟配电变压器和隔离变压器；所述模拟...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛万兴，宋晓辉，刘永梅，董伟杰，孟晓丽，李雅洁，冯雪平，李建芳，赵珊珊，
申请(专利权)人：国家电网公司，中国电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11