一种多端柔性直流配电网动态模拟实验系统的拓扑结构的制作方法
【专利摘要】一种多端柔性直流配电网动态模拟实验系统的拓扑结构，它包括多条阻抗可调的并网线路以及与它们数量相同的多个断路器、多条阻抗可调的环上线路和多个隔离开关，多个断路器、多条环上线路和多个隔离开关依次间隔排列并首尾相接，形成环形网络，所述环形网络中的每个断路器与相邻隔离开关的连接点处的母线均通过一条并网线路与电源或负载相接。本发明在直流配电网多端柔性直流物理实验系统中配置了阻抗参数可调节的线路和开关，通过调节线路的阻抗参数和改变开关状态实现物理系统的重构，不仅可满足不同类型直流系统协调控制和继电保护装置的实验要求，而且避免了动模实验系统的重复建设，减少了硬件投资和建模工作量，提高了实验工作效率。
【专利说明】一种多端柔性直流配电网动态模拟实验系统的拓扑结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于直流配电网多端柔性直流系统动态模拟实验系统的拓扑结构，属于输配电【技术领域】。
【背景技术】
[0002]直流配电在减少换流器的数量和换流次数、提高效率、降低总投资成本、提高输送容量、方便新能源接入等方面均显现出巨大的经济技术优势，拥有巨大的发展前景。
[0003]电力系统动态模拟是根据相似原理建立电力系统物理模拟实验系统，它能够真实和动态地再现电力系统的各种动态运行工况和扰动过程，是研究电力系统的重要手段。
[0004]对于直流配电网中多端柔性直流系统研究中涉及的协调控制和继电保护等诸多关键技术问题，除了进行理论研究和数字仿真分析验证外，还需要在动态模拟实验系统上进行物理验证。然而，目前构建的动态模拟实验系统普遍存在模拟对象单一，不易灵活调节等缺点，当模拟对象发生变化时，需要重建物理系统。多端柔性直流系统存在多种拓扑结构，如环型、星型、辐射型等，如果针对这些拓扑分别建模，则会造成工作量和重复建设成本的大大增加，同时也降低了物理验证的工作效率。因此，研究直流配电网中多端柔性直流动模系统的可重构化架构具有重要意义。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种多端柔性直流配电网动态模拟实验系统的拓扑结构，以降低实验系统的建设成本，提高实验工作效率。
[0006]本发明所述问题是以下述技术方案实现的:
一种多端柔性直流配电网动态模拟实验系统的拓扑结构，构成中包括多条阻抗可调的并网线路以及与它们数量相同的多个断路器、多条阻抗可调的环上线路和多个隔离开关，多个断路器、多条环上线路和多个隔离开关依次间隔排列并首尾相接，形成环形网络，所述环形网络中的每个断路器与相邻隔离开关的连接点处的母线均通过一条并网线路与电源或负载相接。
[0007]上述多端柔性直流配电网动态模拟实验系统的拓扑结构，所述拓扑结构通过如下方法实现重构:
a.将多条并网线路的阻抗调节至零，并闭合所有断路器和隔离开关，则电网动态模拟实验系统形成带中心汇流环的直流配电网；
b.将任意一个断路器断开，其余断路器和所有隔离开关均闭合，则电网动态模拟实验系统演化为福射型拓扑；
c.将多条环上线路的阻抗调节至零，任意一个断路器断开，其余断路器和所有隔离开关均闭合，则电网动态模拟实验系统演化为星形结构。
[0008]上述多端柔性直流配电网动态模拟实验系统的拓扑结构，所述并网线路和环上线路采用常规等值η型链型元件以分段集中参数来模拟，每个η型链型元件模拟单位长度的线路，通过多个链型元件串联模拟特定长度的直流线路。
[0009]本发明在直流配电网多端柔性直流物理实验系统中配置了阻抗参数可调节的线路和开关，通过调节线路的阻抗参数和改变开关状态实现物理系统的重构，不仅可满足不同类型直流系统协调控制和继电保护装置的实验要求，而且避免了动模实验系统的重复建设，减少了硬件投资和建模工作量，提高了实验工作效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]下面结合附图对本发明作进一步详述。
[0011]图1为本发明的结构示意图；
图2为带中心汇流环的直流配电网；
图3为辐射型直流配电网；
图4为星型直流配电网；
图5为π型链型等值电路。
[0012]图中各标号清单为:B1?B5、第一母线?第五母线；L1?L5、第一并网线路?第五并网线路；L12、一二环上线路、L23、二三环上线路；L34、三四环上线路；L45、四五环上线路；L51、五一环上线路；CB12、一二断路器；CB23、二三断路器；CB34、三四断路器；CB45、四五断路器；CB51、五一断路器；IS12、一二隔离开关；IS23、二三隔离开关；IS34、三四隔离开关；IS45、四五隔离开关；IS51、五一隔离开关；R、X、G、B为线路等值电阻、电抗、电导和电纳。
【具体实施方式】
[0013]本发明提出了用于多端柔性直流动态模拟实验系统的可重构拓扑结构及重构方法。所提出可重构的多端柔性直流系统拓扑为基本的环型多端柔性直流系统，以五端为例，如图1所示。图1所示拓扑中配置有参数可调节的线路:第一并网线路L1、第二并网线路L2、第三并网线路L3、第四并网线路L4、第五并网线路L5、一二环上线路L12、二三环上线路L23、三四环上线路L34、四五环上线路L45、五一环上线路L51以及一二断路器CB12、二三断路器CB23、三四断路器CB34、四五断路器CB45、五一断路器CB51、一二隔离开关IS12、二三隔离开关IS23、三四隔离开关IS34、四五隔离开关IS45、五一隔离开关IS51。其中，环上线路、断路器和隔离开关依次按断路器、环上线路和隔离开关的顺序成环形连接。
[0014]所述拓扑结构可重构为其他类型的拓扑，方法如下:
(I)中心汇流环。将第一并网线路L1、第二并网线路L2、第三并网线路L3、第四并网线路L4和第五并网线路L5的阻抗调节至零，所有所有断路器和隔离开关均闭合，环型拓扑形成如图2所示的带中心汇流环的直流配电网。
[0015](2)辐射型拓扑。当图1的环型拓扑中，一二断路器CB12、二三断路器CB23、三四断路器CB34、四五断路器CB45和五一断路器CB51中任一开关断开而其余断路器和所有隔离开关均闭合时，环型拓扑将演化为辐射型拓扑。例如，三四断路器CB34断开时，形成如图3所示的包含两条辐射线路的直流配电网。
[0016](3)星型拓扑。当一二环上线路L12、二三环上线路L23、三四环上线路L34、四五环上线路L45和五一环上线路L51的阻抗调节至零，任意一个断路器(如三四断路器CB34)断开，其余断路器和所有隔离开关均闭合时，中心汇流环结构将演化为如图4所示的星形结构，即母线B1、B2、B3、B4和B5等效为一个节点。
[0017]图1?4中包含的多端柔性直流系统是以五端为例，但不限于五端，而且每个直流端所接的电源或负荷具有示例性，拓扑结构和重构方法不限于所示的电源和负荷。
[0018]本发明的原始拓扑成环型，线路参数可调节，通过参数调节和线路开关的配合，实现拓扑结构的重构。
[0019]实现可重构的物理实验系统以及重构方法包括如下步骤:
I)建立基本的环型多端柔性直流系统，便于直流电源和负荷接入。根据物理验证规模，确定模拟系统的电压等级，线路传输功率的容量，从而确定环上线路参数，并配置相应的断路器和隔离开关。根据接入电源和负荷的容量，确定并网线路的参数。直流线路可采用等值型链型元件以分段集中参数来模拟。
[0020]2)建立了基本的环型多端柔性直流系统后，根据实验目的，确定待重构的拓扑类型、线路参数和线路开关状态。
[0021]3)构建带中心汇流环的多端柔性直流系统。将并网线路的阻抗参数调节至零，并将环上线路的阻抗参数根据实验要求进行调整，同时配置合适的直流电源和负荷，形成带中心汇流环的直流配电网。
[0022]4)构建辐射型多端柔性直流系统。根据重构拓扑要求，断开环型系统中某一环上线路相应的断路器和隔离开关，并将所有线路的阻抗参数根据实验要求进行调整，同时配置合适的直流电源和负荷，形成辐射型直流配电网。
[0023]5)构建辐射型多端柔性直流系统。根据重构拓扑要求，将环上线路的阻抗参数调节至零，并断开环型系统中任一环上线路相应的断路器和隔离开关，将并网线路的阻抗参数根据实验要求进行调整，同时配置合适的直流电源和负荷，形成星型直流配电网。
[0024]至此，在原有环型多端柔性直流系统基础上，通过本发明所提出的方法，重构了符合实验需求的三种拓扑结构。
【权利要求】
1.一种多端柔性直流配电网动态模拟实验系统的拓扑结构，其特征是，它包括多条阻抗可调的并网线路以及与它们数量相同的多个断路器、多条阻抗可调的环上线路和多个隔离开关，多个断路器、多条环上线路和多个隔离开关依次间隔排列并首尾相接，形成环形网络，所述环形网络中的每个断路器与相邻隔离开关的连接点处的母线均通过一条并网线路与电源或负载相接。
2.根据权利要求1所述的多端柔性直流配电网动态模拟实验系统的拓扑结构，其特征是，所述拓扑结构通过如下方法实现重构: a.将多条并网线路的阻抗调节至零，并闭合所有断路器和隔离开关，则电网动态模拟实验系统形成带中心汇流环的直流配电网； b.将任意一个断路器断开，其余断路器和所有隔离开关均闭合，则电网动态模拟实验系统演化为福射型拓扑； c.将多条环上线路的阻抗调节至零，任意一个断路器断开，其余断路器和所有隔离开关均闭合，则电网动态模拟实验系统演化为星形结构。
3.根据权利要求2所述的多端柔性直流配电网动态模拟实验系统的拓扑结构，其特征是，所述并网线路和环上线路采用常规等值η型链型元件以分段集中参数来模拟，每个η型链型元件模拟单位长度的线路，通过多个链型元件串联模拟特定长度的直流线路。
【文档编号】H02J3/38GK104393617SQ201410666875
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月20日 优先权日:2014年11月20日
【发明者】王毅, 付超 申请人:华北电力大学（保定）