一种低压直流动模试验平台的制作方法

1.本发明涉及一种低压直流动模试验平台，属于电力电子技术领域。


背景技术：

2.直流配网具有提高供电容量，减小线路损耗以及可再生能源灵活接入等一系列优点，但是直流配网大多为示范工程，缺乏相应的标准、执行准则。因此，为了研究和验证直流配电网的影响因素，需要一个接近实际的动模试验平台来进行设备的测试。
3.现有的低压直流动模试验平台主要有以下两种：
4.1.采用实物模拟器直接进行配电网的模拟，然而这种方式对于拓扑结构复杂的配电网，不仅延长了试验周期，而且大大增加了成本。
5.2.在仿真平台上搭建低压直流配电网，进行仿真模拟，然而这种方式与实际的运行测试环境相差较大，导致试验结果误差大。
6.为此，需要提出一种节约成本、误差小的低压直流动模试验平台的技术方案。


技术实现要素：

7.本技术的目的在于提供一种低压直流动模试验平台，用以解决现有试验平台成本高、误差大的问题。
8.为实现上述目的，本技术提出了一种低压直流动模试验平台的技术方案，平台包括：
9.至少两个交流电网模拟器，每个交流电网模拟器均配置一个第一换流器，各第一换流器的交流侧与对应的交流电网模拟器连接，将交流电转换为直流电；
10.直流母线，各第一换流器的直流侧连接直流母线，将直流电输入直流母线；直流母线上串联或者并联若干一次设备；
11.第一检测装置，包括第一电压检测装置和第一电流检测装置，用于检测各交流电网模拟器和各第一换流器输出的电流信息和电压信息；
12.仿真机，第一检测装置连接仿真机的输入端，将所检测的信息传输至仿真机；仿真机的控制端连接各交流电网模拟器和各第一换流器，用于设定各交流电网模拟器的工作参数和调整各第一换流器的工作模式；仿真机中搭建有状态判断逻辑，用于根据所检测的信息作出相应的逻辑判断；同时仿真机中还搭建有用于输出模拟扰动信号的扰动模型或者用于输出模拟网络拓扑信号的拓扑模型；
13.功率放大器，仿真机的输出端连接功率放大器的输入端，功率放大器的输出端连接直流母线，仿真机输出的模拟扰动信号或者模拟网络拓扑信号通过功率放大器放大后施加到直流母线上，完成直流电网的试验。
14.本发明的低压直流动模试验平台的技术方案的有益效果是：本发明的试验平台以交流电网模拟器作为市电交流电的实际输出，并且通过换流器转换为直流电后连接直流母线，同时通过仿真机搭建扰动模型或者拓扑模型，并且通过功率放大器将扰动模型的模拟
扰动信号或者拓扑模型的模拟网络拓扑信号输入至直流母线，当仿真机中搭建有扰动信号，可以在交流电网模拟器正常工作的情况下，向直流母线施加扰动信号，监测各设备的工作状态，完成试验；当仿真机中搭建拓扑模型后，可以将虚拟的网络拓扑和交流电网模拟器叠加，形成新的虚实结合的网络拓扑，扩展了网络结构。本发明通过虚实结合的试验平台具有较强的可扩展性，实现各种复杂网络拓扑结构的特殊测试需求，并且通过仿真机调整各模拟器的参数，调节速度快、精度高，还能够实时转换各种运行工况，满足多工况测试的需求。本发明采用虚实结合的方式搭建了低压直流的动模试验平台，不仅降低了平台搭建的成本、设备的研发成本和生产周期，而且大大减小了误差。
15.进一步的，为了提高试验平台的全面性，还包括至少一个风机模拟器，每个风机模拟器均配置一个第二换流器，各第二换流器的交流侧与对应的风机模拟器连接，将交流电转换为直流电；各第二换流器的直流侧连接直流母线；各风机模拟器和各第二换流器连接仿真机的控制端；仿真机设定各风机模拟器的风速，各风机模拟器启动后，风机模拟器输出的交流信号通过第二换流器转换为直流信号，向直流母线施加风机扰动。
16.进一步的，为了监测风机模拟器和第二换流器的工作情况，还包括第二检测装置，包括第二电压检测装置和第二电流检测装置，用于检测各风机模拟器和各第二换流器输出的电流信息和电压信息，第二检测装置连接仿真机的输入端。
17.进一步的，为了监测功率放大器的输出功率，还包括第三检测装置，包括第三电压检测装置和第三电流检测装置，用于检测功率放大器的电流信息和电压信息，第三检测装置连接仿真机的输入端。
18.进一步的，为了提高试验平台的全面性，还包括光伏模拟器和电池模拟器，光伏模拟器和电池模拟器连接仿真机的控制端，且光伏模拟器和电池模拟器连接直流母线，仿真机控制直流电网为光伏模拟器孤岛运行工况或者并网运行工况，以完成不同运行工况下的试验。
19.进一步的，为了监测光伏模拟器和电池模拟器的工作状态，还包括第四检测装置和第五检测装置，第四检测装置检测光伏模拟器的电流和电压，第五检测装置检测电池模拟器的电流和电压，第四检测装置和第五检测装置连接仿真机的输入端。
20.进一步的，为了实现多端接入直流母线，直流母线为环状直流母线。
21.进一步的，各交流电网模拟器、各第一换流器、以及第一检测装置通过至少一个信号汇集分发装置与仿真机连接。
22.进一步的，各风机模拟器、各第二换流器、以及第二检测装置通过至少一个信号汇集分发装置与仿真机连接。
23.进一步的，所述仿真机还连接有二次设备。
附图说明
24.图1是本发明低压直流动模试验平台实施例1的结构框图；
25.图2是本发明实施例1中低压直流动模试验平台的试验流程图；
26.图3是本发明低压直流动模试验平台实施例2的结构框图；
27.图4是本发明实施例2中低压直流动模试验平台的试验流程图；
28.图5是本发明低压直流动模试验平台实施例3的结构框图；
29.图6是本发明实施例3中低压直流动模试验平台的试验流程图。
具体实施方式
30.低压直流动模试验平台实施例1：
31.本发明的主要构思在于，基于现有的试验平台成本高、误差大的问题，本发明采用各实物模拟器和仿真机进行虚实结合的方式对低压直流配电网进行搭建，在仿真机中可以根据测试需求搭建不同的电力网络拓扑模型或者扰动模型，通过功率放大器实现了仿真机与实际直流电网的连接，从而提高了试验平台的扩展性。
32.具体的，低压直流动模试验平台如图1所示，包括两个交流电网模拟器ac、第一检测装置t1、直流母线、仿真机和功率放大器。
33.交流电网模拟器ac用于模拟市电交流电的输出，每个交流电网模拟器ac均配置一个第一换流器mmc，各第一换流器mmc的交流侧与对应的交流电网模拟器ac连接，将交流电转换为直流电进行输出。
34.直流母线，各第一换流器mmc的直流侧连接直流母线，将直流电输入直流母线；直流母线上串联或者并联若干一次设备；
35.第一检测装置t1，包括第一电压检测装置和第一电流检测装置，第一检测装置t1分布在各个检测节点，包括检测装置t1
‑
1、检测装置t1
‑2‑
1、检测装置t1
‑2‑
2、检测装置t1
‑
3、检测装置t1
‑4‑
1检测装置t1
‑4‑
2，用于检测各交流电网模拟器ac和各第一换流器mmc输出的电流信息和电压信息。
36.仿真机，检测装置t1
‑
1、检测装置t1
‑2‑
1、检测装置t1
‑2‑
2通过第一信号汇集分发装置连接仿真机的输入端，检测装置t1
‑
3、检测装置t1
‑4‑
1以及检测装置t1
‑4‑
2通过第二信号汇集分发装置连接仿真机的输入端，各检测装置将所检测的电流、电压信息传输至仿真机；仿真机的控制端分别通过相应的信号汇集分发装置连接各各交流电网模拟器ac和各第一换流器mmc，用于设定各交流电网模拟器的工作参数和调整各第一换流器的工作模式；仿真机中搭建有状态判断逻辑，用于根据所检测的信息作出相应的逻辑判断；同时仿真机中还搭建有用于输出模拟扰动信号的扰动模型或者用于输出模拟网络拓扑信号的拓扑模型，以实现直流配电网的扩展、或者扰动信号的输出。
37.功率放大器采用triphase系列，仿真机的输出端连接功率放大器的输入端，功率放大器的输出端连接直流母线，仿真机输出的模拟扰动信号或者模拟网络拓扑信号通过功率放大器放大后施加到直流母线上，完成直流电网的试验。并且在功率放大器的输出线路上设置第三检测装置t3，包括第三电压检测装置和第三电流检测装置，用于检测功率放大器输出的电流信息和电压信息，设置在正负极的输出线路上，包括检测装置t3
‑
1和检测装置t3
‑
2。检测装置t3
‑
1和检测装置t3
‑
2通过第一信号汇集分发装置连接仿真机的输入端。
38.上述低压直流动模试验平台中，仿真机中可以根据需求进行各种电力网络拓扑的搭建，以下以仿真机中搭建虚拟负载模型，进而检测将负载接入直流电网中，引起电网负荷发生变化时，一次设备是否能够正常运行。
39.具体的，低压直流动模试验平台的扰动试验的流程如图2所示，包括以下步骤：
40.1)仿真机中设置指令值报文并下发，包括两个交流电网模拟器ac的电压值，一个第一变流器mmc为定直流电压模式，另外一个第一变流器mmc为有功、无功模式；
41.2)各信号汇集分发装置接收到仿真机的指令值报文后，将指令值报文下发至各交流电网模拟器ac和各第一变流器mmc；
42.3)各交流电网模拟器ac和各第一变流器mmc接收到指令值报文后，执行指令，启动运行，建立稳态运行环境；
43.4)各检测装置间检测到的相应节点的电压信息和电流信息发送至仿真机；
44.5)仿真机对接收的信息进行判断，判断电压和电流是否超出相应的设定值范围，若超出，则停止试验，若没有超出，则进入下一步；
45.6)查看一次设备在运行的指定时长内是否有报警、故障信息等无法运行的信息，若有，则停止试验，若没有，则进入下一步；
46.7)仿真机中根据需要设定虚拟负载容量值p，并将虚拟负载通过仿真机的io接口接入功率放大器，功率放大器将功率放大n倍后输出至直流母线，相当于将虚拟负载并入电网，引起电网波动；
47.8)监测被测的一次设备在扰动环境下是否能够正常、可靠的运行，进而结束试验。
48.一次设备可根据应用场景划分，包括智能家居设备，例如直流微波炉、直流电冰箱等；还包括配电网设备，例如：直流负荷开关、直流电能路由器等。
49.判别一次设备是否正常运行的方法如下：
50.智能家居设备(即简单设备)，例如直流微波炉、直流电冰箱等可以通过一次设备自身的监控装置查看是否出现报警、错误等信息。
51.配电网设备(即复杂设备)，例如：直流负荷开关、直流电能路由器等，可以根据现场试验条件，通过设备自身的监控装置查看、或监视信号通过传输接口汇入信号汇集分发装置进入仿真机中进行监视、或者两者结合使用。
52.上述试验过程中，基于扰动研究，在仿真机中搭建了虚拟负载模型作为扰动模型，作为其他实施方式，也可以搭建其他形式的扰动模型，并且如果要增大直流配电的网络拓扑，也可以在仿真机中搭建虚拟的交流电网和虚拟的换流器，并通过功率放大器接入直流母线，以扩大直流配电网的功率。
53.上述实施例中，为了避免线束混乱，通过信号汇集分发装置实现仿真机和各设备的连接，作为其他实施方式，各设备也可以与仿真机直接连接，无需设置信号汇集分发装置。
54.上述实施例中，为了检测功率放大器的输出功率，设置第三检测装置，作为其他实施方式，在保证功率放大器的输出功率的情况下，第三检测装置也可以不设置。
55.低压直流动模试验平台实施例2：
56.本实施例提出的低压直流动模试验平台与实施例1的不同之处在于，增加了风机模拟器和第二换流器t2，在实施例1的虚拟负载的扰动下，增加了风机的扰动，可以更好的测试一次设备的性能。
57.具体的，本实施例提出的低压直流动模试验平台如图3所示，包括两个交流电网模拟器ac、第一检测装置t1、直流母线、两个风机模拟器wind、第二检测装置t2、仿真机和功率放大器。
58.两个交流电网模拟器ac、第一检测装置t1、直流母线、仿真机和功率放大器之间的连接关系以及功能作用在上述实施例1中已经提到，这里不做赘述。
59.风机模拟器wind用于模拟风力交流电的输出，每个风机模拟器wind均配置一个第二换流器mmc，各第二换流器mmc的交流侧与对应的风机模拟器wind连接，各第二换流器mmc的直流侧连接直流母线，将交流电转换为直流电进行输出至直流母线。并且直流母线为了满足多端电网的连接，采用环状直流母线。
60.第二检测装置t2，包括第二电压检测装置和第二电流检测装置，第二检测装置t2分布在风机模拟器wind和第二换流器mmc的各个检测节点，包括检测装置t2
‑
1、检测装置t2
‑
2、检测装置t2
‑
3、以及检测装置t2
‑
4，用于检测各风机模拟器wind和各第二换流器mmc输出的电流信息和电压信息。
61.各风机模拟器wind和各第二换流器mmc连接仿真机的控制端(图3中未画出该连接线路)，用于通过仿真机设定各风机模拟器wind的工作参数和调整各第二换流器mmc的工作模式；第二检测装置t2连接仿真机的输入端，将各检测装置检测的信息传输至仿真机。
62.同时，各交流电网模拟器ac、各第一换流器mmc、第一检测装置t1和第三检测装置t3通过第一信号汇集分发装置与仿真机连接，各风机模拟器wind、各第二换流器mmc、第二检测装置t2通过第二信号汇集分发装置与仿真机连接。
63.仿真机中可以根据需求进行各种电力网络拓扑模型或者扰动模型的搭建，以下以仿真机中搭建为虚拟负载模型(扰动模型的一种)，进而检测将虚拟负载和风机模拟器接入直流电网中，引起电网负荷发生变化时，一次设备是否能够正常运行。
64.具体的，低压直流动模试验平台的扰动试验的流程与实施例1的流程的不同之处在于，步骤7)中设定的扰动包括虚拟负载的扰动和风机的扰动，也即仿真机根据需要设定虚拟负载容量值p，并将虚拟负载通过仿真机的io接口接入功率放大器，功率放大器将功率放大n倍后输出至直流母线，同时仿真机如图4所示设定各风机模拟器wind的风速指令值，并将设定的风速指令值通过第二信号汇集分发装置传输至各风机模拟器wind，并设定第二变流器mmc的工作模式，各风机模拟器wind接收风速指令值后，启动工作。将虚拟负载以及风机同时接入直流电网引起波动，进而在步骤8)中监测被测的一次设备在扰动环境下是否能够正常、可靠的运行，最后结束试验。
65.关于虚拟负载的扰动和风机扰动的接入时序，本发明并不做限制，可以依次顺序接入直流电网，也可以同时接入直流电网。
66.在进行增加扰动前的流程与实施例1相同，这里不做赘述。
67.上述实施例中，为了保证试验需求，风机模拟器wind的数量为2个，作为其他实施方式，也可以设置一个风机模拟器wind，在需要的情况下可以在仿真机中搭建风机模型，以实现风机扰动。
68.上述实施例中，为了监测风机模拟器wind和第二变流器的工作情况，通过第二检测装置检测风机模拟器wind和第二变流器的输出电压和电流，作为其他实施方式，如果试验中无需监测的情况下，第二检测装置也可以不设置。
69.低压直流动模试验平台实施例3：
70.本实施例提出的低压直流动模试验平台与实施例2的不同之处在于，增加了光伏模拟器和电池模拟器，可以进行在直流电网中的光伏模拟器并网或者孤岛运行的工况下增加扰动，以进行一次设备性能的检测。
71.具体的，本实施例提出的低压直流动模试验平台如图5所示，包括两个交流电网模
拟器ac、第一检测装置t1、直流母线、两个风机模拟器wind、第二检测装置t2、光伏模拟器pv、电池模拟器battery、仿真机和功率放大器。
72.两个交流电网模拟器ac、第一检测装置t1、直流母线、两个风机模拟器wind、第二检测装置t2、仿真机和功率放大器之间的连接关系以及功能作用在上述实施例2中已经提到，这里不做赘述。
73.光伏模拟器pv通过第一信号汇集分发装置连接仿真机的控制端，以实现仿真机对光伏模拟器pv的参数设置，电池模拟器battery通过第二信号汇集分发装置连接仿真机的控制端，以实现仿真机对电池模拟器battery的参数设置，同时光伏模拟器pv和电池模拟器battery输出连接至直流母线。
74.光伏模拟器pv的输出线路上设置有第四检测装置t4，用于检测光伏模拟器pv的电流信息和电压信息；电池模拟器battery的输出电路上设置有第五检测装置t5，用于检测电池模拟器battery的电流信息和电压信息，第四检测装置t4通过第一信号汇集分发装置连接仿真机的输入端，第五检测装置t5通过第二信号汇集分发装置连接仿真机的输入端。
75.通过本实施例的低压直流动模试验平台可以检测光伏模拟器pv在并网和孤岛情况下施加扰动后一测设备的情况。
76.光伏模拟器pv在并网和孤岛工况的控制如图6所示，包括以下步骤：
77.1)仿真机输出光伏模拟器pv和电池模拟器battery的指令值，启动光伏模拟器pv和电池模拟器battery，光伏模拟器pv为孤岛运行工况；
78.2)仿真机输出各交流电网模拟器ac、各第一换流器mmc的指令值，启动各交流电网模拟器ac、各第一换流器mmc；
79.3)通过检测装置采集的电流信息和电压信息判断各交流电网模拟器ac是否是否可以并网，当电网运行稳定、电压幅值稳定、频率稳定、相位稳定的情况下，将各交流电网模拟器ac并网。
80.当然，在孤岛运行和并网运行时，通过仿真机中设置虚拟负载和各风机模拟器wind，实现这两种工况下的直流电网扰动，监测一次设备是否可以正常工作，以实现一次设备功能的检测，具体扰动的增加过程在上述实施例2中已经介绍，这里不做赘述。
81.仿真机还连接有二次设备，二次设备包括被测控制器等，如图5所示，被测控制器与仿真机相连接，对整个电网进行控制。此时控制逻辑主要由被测控制器控制，仿真机作为控制接口使用。
82.本发明为低压直流电网中的一次设备、二次设备的功能测试提供运行环境，该运行环境中仿真机通过功率放大器连接直流母线，使得整个试验平台具有较强的可扩展性，实现各种复杂网络拓扑结构的特殊测试需求，并且通过仿真机调整各模拟器的参数，调节速度快、精度高，还能够实时转换各种运行工况，满足多工况测试的需求。本发明采用虚实结合的方式搭建了低压直流的动模试验平台，不仅降低了平台搭建的成本、设备的研发成本和生产周期，而且大大减小了误差。