CN103021241A - 一种低电压电力系统动态模拟系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低电压电力系统动态模拟系统，包括发电机组、输配电变压器、线路的物理模型、负载和配电网；所述输配电变压器，将高电压电变为低电压；所述线路的物理模型，根据等值电路计算出电阻、电容、电感的数值，用电阻、电容、电感搭出电力线路的等值电路；所述负载检测发电电能质量；所述配电网是将低压发电机所发出的电能就地分配或按电压逐级分配给负载使用。本发明完成了一个低电压电力系统动态模拟系统，搭建了发电机组、输配电变压器、线路的物理模型和负载这样一个动态模拟系统。本发明为电力系统控制保护策略和控制系统的设计研究提供了一个更可靠、安全的研究平台和测试环境。

Description

一种低电压电力系统动态模拟系统

技术领域

本发明涉及电气行业，尤其涉及一种用于低电压电力系统动态模拟系统。

背景技术

电力系统动态模拟是分析电力系统特征、测试继电保护及二次设备的重要手段，在我国得到了广泛的应用。电力系统动态模拟就是一种用于研究电力系统动态特性的物理模拟，由于电力系统及其暂态稳定的复杂性，在进行理论分析的同时必须进行试验研究，二者缺一不可。电力系统的试验方法可以在原型上进行，也可以在模型上进行，电力系统动态模拟实验室就是专门进行电力系统试验研究和教学的重要场所。因此，电力系统动态模拟系统受到了广泛的关注和研究，具有极好的应用前景。

而现有的电力系统动态模拟系统采用的物理元件工作电压一般为380~1000V，装机容量一般在数十至数百千伏安，其缺点是设备昂贵、占地面积大、电压等级高，不利于实验室教学研究。为了便于实验室研究，急切的需要建立一套适用于实验室研究、教学的电力系统动态模拟系统。

发明内容

本发明的目的就是为解决上述问题，提供一种实验室使用的低电压电力系统动态模拟系统，为电力系统控制策略的研究提供了一个安全、可靠、占地面积小、经济实用、易于控制的实验平台，保障了实验人员、学生在实验过程中的人身安全。虽然，所采用的低压电动机、发电机等电压等级比实际中的低，但是其电磁特性都是相同的，能够达到模拟实际电力系统的水平。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种低电压电力系统动态模拟系统，包括发电机组、输配电变压器、线路的物理模型、负载和配电网；所述输配电变压器，将高电压电变为低电压；所述线路的物理模型，根据等值电路计算出电阻、电容、电感的数值，用电阻、电容、电感搭出电力线路的等值电路；所述负载检测发电电能质量；所述配电网是将低压发电机所发出的电能就地分配或按电压逐级分配给负载使用；所述发电机组包括电机调速装置、低压电动机、低压发电机、低压整流控制器、低压逆变器；所述电机调速装置，调节低压电动机的转速；所述低压发电机进行模拟发电，以低电压并入电网，供负载使用或传入到电网；所述低压整流控制器是将低压发电机所发出不稳定的低压交流电能转换为稳定的工频低压直流电能；所述低压逆变器是对低压整流控制器输出的工频低压直流电能转换为工频低压交流电能，供低压负载使用。

所述低压电动机采用一台或几台、直流或交流可编程调速电动机。

低压发电机采用普通异步发电机、双馈感应异步发电机或永磁直驱发电机中的一种或几种组合。

下面结合本发明的结构组成详细说明本发明工作原理：

本发明是根据实际电力系统进行的低压模拟：电机调速装置输出调速信号对低压电动机进行速度控制，低压电动机通过机械器件与低压发电机进行，低压电动机转动带动低压电动机转子转动，从而低压发电机可以在定子上输出交流电能，交流电能通过整流逆变输出稳定的交流电能可直接带负载运行，或通过电力线路以及输配电变压器并入到电网中。低电压电力系统动态模拟系统进行的发电、输电、配电等过程与实际电力系统过程相同。

本发明的低电压电力系统动态模拟系统结构，如图1所示，整个系统中，输配电变压器、低压发电机、低压电动机、电阻、电感、电容、低压逆变器、低压整流控制器均采用380V及380V以下的电压等级，其中电动机、发电机采用110V以下电压等级。降低系统的电压等级，更容易使用低压控制元件进行相关控制，同时不影响电力系统动态模拟系统的实际效果。

模拟电力线路用∏型等值电路来模拟，对地和线间电容可以分别模拟，一段线路的∏型等值电路如图2所示，并根据公式（1）（2）计算电阻、电感、电容的参数：

Z＝R+jX＝r₁l+x₁l     公式(1)

Y＝G+jB＝jB＝jb₁l    公式(2)

在公式（1）中，Z为电力线路的阻抗，R为电力线路电阻，j为虚数单位，X为电力线路的电抗，r₁为电力线路单位长度的电阻，x₁为电力线路单位长度的电抗；在公式（2）中，Y为电力线路的导纳，G为电力线路的电导，j为虚数单位，B为电力线路的电纳，b₁电力线路单位长度的电纳；其中在公式（1）（2）中，l为电力线路的长度。

本发明完成了一个低电压电力系统动态模拟系统的装置，搭建了一个由发电机组、输配电变压器、线路的物理模型、负载和配电网组成的动态模拟系统，通过电机调速装置输出不同的调速信号，该装置可以模拟多种发电方式，如火力发电、风力发电、光伏发电等等。

一些低压物理元器件在市场中很难找到，比如低压逆变器很多都是将其他电压等级逆变为交流220V的生活用电，市场上很难找到低压逆变器将电压逆变为更低电压等级交流电的逆变器，比如24V、12V的逆变器。单一低压整流控制器、低压发电机，市场需求很少，很少有厂家生产。这对本系统的开发是一个关键点，对低压器件成功开发研究，并应用到本系统中是一个创新点。

本发明的有益效果：

1.降低了电力系统动态模拟系统的电压等级，更适合于实验室里面的教学科研。

2.用于电力系统控制保护策略和控制系统的设计研究。

3.用于风电、光伏发电等可再生能源发电的研究。

附图说明

图1为本发明的总体结构原理图。

图2为本发明模拟电力线路的等值电路图。

图3为本实施例的系统结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本实施例的一种低电压电力系统动态模拟系统，包括发电机组、输配电变压器、线路的物理模型、负载和配电网；所述发电机组包括电机调速装置、低压电动机、低压发电机、低压整流控制器、低压逆变器；所述电机调速装置，本实施例采用变频器；所述低压电动机，本实施例采用12V直流电动机；所述低压发电机，本实施例采用12V三相交流同步发电机；所述低压整流控制器，本实施例采用50HZ三相交流12V输入，直流12V输出的低压整流控制器；所述低压逆变器，本实施例采用50HZ直流12V输入，三相交流12V输出的低压逆变器。

所述输配电变压器，本实施例采用3个输配电变压器，即第1变压器、第2变压器和第3变压器，如图3所示，变压器的变比分别为12V/24V、12V/24V和24V/380V；所述模拟电力线路，本实施例采用∏型等值电路来计算，对电力线路进行模拟计算。

如图3所示，本实施例采用低电压等级，第1母线接市电380V通过第1变压器连接到第2母线，第2母线处电压变为24V，第2母线通过第1线路连接到第3母线，第3母线经第2变压器连接第4母线，第4母线处电压变为12V，第4母线通过第2线路连接到第5母线，第5母线分别与发电机组、负载、第3线路连接，第5母线通过第3线路与第6母线连接，第6母线分别与配电网及其各个负载连接，进行电能分配。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种低电压电力系统动态模拟系统，其特征是，包括发电机组、输配电变压器、线路的物理模型、负载和配电网；所述输配电变压器，将高电压电变为低电压；所述线路的物理模型，根据等值电路计算出电阻、电容、电感的数值，用电阻、电容、电感搭出电力线路的等值电路；所述负载检测发电电能质量；所述配电网是将低压发电机所发出的电能就地分配或按电压逐级分配给负载使用；所述发电机组包括电机调速装置、低压电动机、低压发电机、低压整流控制器、低压逆变器；所述电机调速装置，调节低压电动机的转速；所述低压发电机进行模拟发电，以低电压并入电网，供负载使用或传入到电网；所述低压整流控制器是将低压发电机所发出不稳定的低压交流电能转换为稳定的工频低压直流电能；所述低压逆变器是对低压整流控制器输出的工频低压直流电能转换为工频低压交流电能，供低压负载使用。

2.如权利要求1所述的低电压电力系统动态模拟系统，其特征是，所述低压发电机采用普通异步发电机、双馈感应异步发电机或永磁直驱发电机中的一种或几种组合。

3.如权利要求1所述的低电压电力系统动态模拟系统，其特征是，所述低压电动机采用一台或几台、直流或交流可编程调速电动机。

4.如权利要求1所述的低电压电力系统动态模拟系统，其特征是，所述输配电变压器、低压发电机、低压电动机、电阻、电感、电容、低压逆变器、低压整流控制器均采用380V及380V以下的电压等级。

5.如权利要求1或4所述的低电压电力系统动态模拟系统，其特征是，其中低压电动机、低压发电机采用110V以下电压等级。

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