基于充放电设备的配电网仿真系统及仿真实验平台的制作方法

本发明涉及电网领域，具体而言，涉及一种基于充放电设备的配电网仿真系统及仿真实验平台。

背景技术：

随着大量充电站的普及，充电站接入电网对电网系统的影响越来越大。如何对充电站接入电网的影响进行分析和研究，对电网系统的稳定运行有十分重要的意义。

现有技术中，采用以微控制器为控制核心进行电机控制实验的方案，需要花费大量的时间用于编写程序代码，而且如果控制算法需要更改则又需要花费较多时间更改程序，因此实验周期较长，不利于控制算法的研究。

针对上述现有技术中需要一套对具有储能功能的充电站进行模拟仿真研究的实验平台的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种基于充放电设备的配电网仿真系统及仿真实验平台，以至少解决现有技术中需要一套对具有储能功能的充电站进行模拟仿真研究的实验平台的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种基于充放电设备的配电网仿真系统，包括：配电网模拟装置，用于输出交流电信号；充放电模拟装置，与配电网模拟装置连接，用于将交流电信号转换为直流电信号；监控平台，与配电网模拟装置和充放电模拟装置分别连接，用于控制充放电模拟装置输出直流电信号的至少一种运行参数的参数值，并监控配电网模拟装置的输出状态。

根据本发明实施例的一个方面，还提供了一种仿真实验平台，包括上述的基于充放电设备的配电网仿真系统。

在本发明实施例中，通过构建用于模拟充电站的充放电模拟装置103，以及用于模拟配电网系统的配电网模拟装置101，通过监控平台105控制充放电模拟装置103输出直流电信号的运行参数的参数值，以便在充放电设备以不同参数值运行的情况下，监控配网模拟装置101的输出状态，达到了模拟充电站的在不同的运行状态下对电网系统的影响的目的，从而实现了为充电站运行提供有效的数据支撑的技术效果，进而解决了现有技术中需要一套对具有储能功能的充电站进行模拟仿真研究的实验平台的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种基于充放电设备的配电网仿真系统示意图；

图2是根据本发明实施例的一种可选的快速充电站等效物理模型示意图；以及

图3是根据本发明实施例的一种可选的快速充电站的配电网仿真实验系统示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列单元的系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它单元。

根据本发明实施例，提供了一种基于充放电设备的配电网仿真系统实施例。

图1是根据本发明实施例的一种基于充放电设备的配电网仿真系统示意图，如图1所示，该系统包括：配电网模拟装置101、充放电模拟装置103和监控平台105。

其中，配电网模拟装置101，用于输出交流电信号；

充放电模拟装置103，与配电网模拟装置101连接，用于将交流电信号转换为直流电信号；

监控平台105，与配电网模拟装置101和充放电模拟装置103分别连接，用于控制充放电模拟装置输出直流电信号的至少一种运行参数的参数值，并监控配电网模拟装置的输出状态。

作为一种可选的实施例，上述配电网模拟装置可以用于模拟配电网系统；上述充电模拟装置可以是用于模拟充电站(可选地，可以是快速充电站)的充电物理模型；上述监控平台可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、计算机等任意一种终端设备，用于控制充放电模拟装置的运行参数的参数值，并在充放电设备以不同的参数值运行的情况下，监控上述配电网模拟装置的输出结果，以便研究充电设备接入配电网对电网系统的影响。

作为一种可选的实施例，上述配电网模拟装置可以包括：线路阻抗模拟装置、负荷模拟装置、馈线终端设备、互感元件和分段器。

可选地，一种可选的实施例中，上述监控平台还可以用于监控线路阻抗模拟装置输出不同的阻抗的情况下，充放电设备的输出状态。通过该实施例，可以研究配电网线路阻抗模拟装置对变流器输出特性的影响。

由上可知，在本申请上述实施例中，通过构建用于模拟充电站的充放电模拟装置103，以及用于模拟配电网系统的配电网模拟装置101，通过监控平台105控制充放电模拟装置103输出直流电信号的运行参数的参数值，以便在充放电设备以不同参数值运行的情况下，监控配网模拟装置101的输出状态，达到了模拟充电站的在不同的运行状态下对电网系统的影响的目的，从而实现了为充电站运行提供有效的数据支撑的技术效果，进而解决了现有技术中需要一套对具有储能功能的充电站进行模拟仿真研究的实验平台的技术问题。

需要说明的是，上述充放电模拟装置103可以是用于模拟充电站的装置，作为一种可选的实施例，上述充放电模拟装置103可以包括：至少一台变流器，与电池组连接；控制装置，与每台变流器连接，用于基于预设控制算法，生成用于控制每台变流器的驱动信号。

可选地，上述充放电模拟装置还包括：信号转换板，连接于每台变流器与控制装置之间，用于采集每台变流器的电压或电流信号。

可选地，上述控制装置可以采用dspace控制系统。

需要说明的是，dspace是德国dspace公司开发的一套基于matlab/simulink的控制系统开发及测试的设备，它实现了和matlab的无缝连接，可以高效地完成控制算法的设计、测试与实现，有效克服了传统控制系统开发及测试存在的问题。dspace具有处理能力强、执行速度快、使用便捷、界面友好等优点。dspace实时系统功能强大，它既能与实际控制对象连接，即为快速控制原型(rcp)，此时它起到主控制器的作用；又能与实际控制器相连，即为硬件在回路仿真(hils)，此时它起到被控对象的作用。实时测试软件controldesk能实时显示试验数据、修改试验参数，实现试验过程控制和参数测量，拥有实时性强，可靠性高，扩充性好等优点。从而利用dspace作为控制系统可以实现缩短开发周期和降低开发费用。在国内外，dspace控制系统已经广泛应用于航海航空、汽车、机器人、电机驱动及工业控制等领域。

dspace提供两类可供选择的系统：单板系统与标准组件系统。单板系统将处理器与通用接口集成于一套控制板上，集成度很高。通用接口包含常用的ad、da、数字i/o、通信接口等。另一类将处理器与通用接口板分离出来，并具有不同的系列，这种处理器与接口板的能力可根据需求进行配置，其中处理器通过快速phs总线与接口板进行通信。因此微网系统半实物仿真技术的核心控制器采用多台dspace设备，但是利用dspace来模拟充电站、充电设备的运行。

一种可选的实施例中，上述充放电模拟装置103可以由多台小功率变流器及dspace控制系统构成的快速充电机等效物理模型。图2是根据本发明实施例的一种可选的快速充电站等效物理模型示意图，如图2所示，每台变流器通过信号接口板使用光纤与半实物仿真装置dspace相连；在matlab/simulink中建立各种解耦控制算法，经dspace形成控制变流器的pwm驱动脉冲，控制变流器工作运行。同时，信号转接板为变流器开关管提供必要的保护，并为simulink中搭建变流器的控制系统采集电压电流等信号。

通过上述实施例提供的充放电模拟装置，可以验证变流器的控制策略，实现多模块储能并网变流器并联运行时模块间的功率分配控制，提升充电站中各个变流器间能量均分、控制精度等方面的控制性能，同时有效减小变流器带来的充电站网侧电流低次谐波污染。

容易注意的是，由于对传统配电网的分析研究通常借助于数字仿真和动态模拟来实现，而对于由众多充电模块充电站微网的研究，也可以采用相同的手段，甚至借助真实的物理装置，一些情况下可以搭建实际容量的实验系统真实地再现研究对象。另外，相对于物理试验，数字仿真在经济性和灵活性等方面仍保持着独特的优势，具有不可替代的作用，相对于实际装置或物理模拟与仿真，数字仿真所需的投入较少；可以实现对复杂系统的快速建模与仿真；不受各种条件的限制，系统与元件各种参数易于调整，可模拟各种极端的、复杂的系统运行环境与工作条件，因此，采用dspace作为控制核心可以大大减少开发周期和开发成本。

在一种可选的实施例中，上述系统还可以包括：功率放大器，与配电网模拟装置连接，用于放大配电网模拟装置输出的交流电信号。

可选地，上述功率放大器为线性功率放大器。

在一种可选的实施例中，上述充放电模拟装置还可以包括：至少一台储能装置，与对应的变流器连接，用于储能。

一种可选的实施例中，图3是根据本发明实施例的一种可选的快速充电站的配电网仿真实验系统示意图，如图3所示，包括：快速充电机等效物理模型、rt-lab实时仿真系统、线性功率放大器、储能装置、及实物动模装置(即上述配电网模拟装置)；上述监控平台可以采用rt-lab实时仿真系统。在rt-lab中建立所需的供电电源或配电网模型，通过数字功率放大器对rt-lab输出电压电流信号进行不失真的功率放大，实时模拟电网的各种状态，同时通过功率放大器输出端口处的电压、电流传感器能够将实物动模配电网系统的电压、电流信号反馈到rt-lab内的模型中；功率放大器连接由线路阻抗模拟装置、负荷模拟装置、ftu、互感器元件、分段器等组成的实物动模配电网系统，构成一个具备不同电压等级和拓扑结构的配电网阻抗模拟、配电网电网故障瞬态模拟能力的配网系统；快速充电站等效物理模型接入实物动模装置构成的配网系统中，组成含快速充电站的配电系统半实物仿真试验平台，实时模拟正常或故障模式下系统运行特性。

通过图3提供的以dspace和rt-lab为核心的快速充电站的配电网仿真实验系统，可以对充电站接入对电网电能质量的如下任意一种影响进行仿真验证：

(1)充电站接入对电压谐波畸变的影响；

(2)充电站接入对电流谐波畸变的影响；

(3)充电站中储能与分布式发电接入对电网线路损耗影响分析；

(4)储能及分布式发电接入的区域配电网的调控效果验证。

通过上述实施例任意一项实施例提供的基于充放电设备的配网仿真系统，可以研究充电站接入区域配电网后对配电网在电能质量、网络损耗的影响，研究了储能装置对于稳定系统电压水平、平抑功率波动的调控作用，实现了能量源、变流器、负荷及配电网络的动态实时运行，实现不同时间尺度、不同建模平台下的模型联合运行仿真。

根据本发明实施例，还提供了一种仿真实验平台，包括上述中任意一项可选的或优选的基于充放电设备的配电网仿真系统。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。