CN207732425U - 一种直流配电实验系统 - Google Patents

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张海
孙丽敬
李蕊
吴鸣
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China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
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Abstract

一种直流配电实验系统，包括：直流电源、直流网络端点和直流支路；在所述直流支路两端分别设置切换模块；所述直流支路通过所述切换模块与直流网络端点连接，构成环形直流电网结构；所述切换模块的另一端分别与所述直流电源的连接。本实用新型提出的技术方案满足直流配电研究的所需的多拓扑、灵活运行方式的实验环境需要，并尽可能的降低实验系统规模以节约实验系统的成本与占地。

Description

一种直流配电实验系统
技术领域
本实用新型涉及配电网技术领域，具体涉及一种直流配电实验系统。
背景技术
近年来柔性直流配电因兼具稳定性、经济性、可靠性和安全性而受到广泛关注，相关的技术研究工作也得到了进一步开展。直流配电研究涉及直流配电网不同拓扑结构、不同电气设备配置、不同接地方式等条件下的电网电气特征、控制方式、保护配置等研究内容，为了配合开展直流配电研究的需求，需要构建能够实现多种直流配电网络拓扑形式及运行方式的实验系统。现有建成的直流配电实验系统的拓扑形式普遍不够灵活，单一的单节点或两节点“一”字型结构或四节点环形结构通过开关操作可形成的电网运行拓扑形式很有限，而且接地方式和单、双极运行方式也完全固定，难以适应直流配电深入研究需要。而要建设具备构建多种拓扑结构的实验系统，往往意味着需要设置更多的电气节点(如5节点、6 节点的系统)，实验系统的规模和建设成本都将显著增加。
为了满足直流配电研究的所需的多拓扑、灵活运行方式的实验环境需要，同时尽可能的降低实验系统规模以节约实验系统的成本与占地，本实用新型提出了一种直流配电实验系统。
实用新型内容
为了解决现有技术中所存在的上述不足，本实用新型提供一种直流配电实验系统。
本实用新型提供的技术方案是：
一种直流配电实验系统，包括：直流电源、直流网络端点和直流支路；
在所述直流支路两端分别设置切换模块；
所述直流支路通过所述切换模块与直流网络端点连接，构成环形直流电网结构；
所述切换模块的另一端分别与所述直流电源的连接。
优选地，
所述直流网络端点至少为4个，所述直流电源的数量与所述直流网络端点一致；
所述直流支路至少为5条；
其中4条直流支路分别通过所述直流支路两端的选择模块与所述直流网络端点连接形成口字形直流电网结构；
第五条直流支路的一端通过切换模块与其它任意一条支路两端连接的两个网络端点连接；所述第五条直流支路的另一端与剩余网络端点连接；
所述第五条直流支路两端的切换模块用于确保每次接通一个直流电源。
优选地，所述切换模块包括：切换开关或互锁机制的断路器开关。
优选地，所述直流电源包括：实验室交流电源和AC/DC变流器组；
所述实验室交流电源和所述AC/DC变流器组串联，通过切换模块接入所述电网结构。
优选地，所述AC/DC变流器组包括：
两个双向AC/DC变流器通过交流侧并联、直流侧串联组成。
优选地，还包括：接地柜、电位平衡柜、故障模拟器和直流配电柜；
所述接地柜，用于接地方式的切换；
所述电位平衡柜，用于确保不同运行方式提供电位平衡；
所述故障模拟器，配置于系统两侧用于直流多点故障的模拟；
所述直流配电柜，位于四个直流电源端和第五个直流支路的中段用于将设备接入实验系统。
优选地，所述接地柜，包括备用接口；
所述备用接口，用于接地设备接入系统进行接入方式的实验研究。
优选地，所述电位平衡柜，包括断路器开关；
所述断路器开关，用于控制钳位电容接入位置。
优选地，所述直流多点故障包括：接地故障、极间短路和断线故障。
优选地，所述直流配电柜包括：
直流母线、直流进出线接口和断路器开关；
所述直流进出线通过所述断路开关与所述直流母线并联连接。
与最接近的现有技术相比，本实用新型提供的技术方案具有以下有益效果：
本实用新型提出的技术方案创造性地采用4端点5支路的“日”字型拓扑结构后，可构造出最大4节点的直流模型，不仅能够实现辐射、单环网、双环网、辐射-环网复合型拓扑结构，同时还可模拟直流双回线、三回线等特殊网架形式。其中每个节点处都可以带直流电源或负荷以构成不同电气特性的实验网络。
本实用新型提出的技术方案通过配置直流配电柜、接地柜、电位平衡柜、故障模拟器，能够实现对不同拓扑结构下，单极、双极运行方式下，不同性质、不同位置的直流设备接入下的直流系统暂、稳态研究。从而满足在尽可能小的实验拓扑配置规模下，使实验平台能够完成对各种直流工况的模拟。
附图说明
图1本实用新型直流配电实验平台4端点5支路的“日”字型网络结构；
图2本实用新型实验平台架构下可构造的直流网络拓扑；
图3本实用新型双向AC/DC变流器组接线方式；
图4本实用新型实验系统接地方式；
图5本实用新型实验系统设备配置图；
图6本实用新型±750V四端直流配电实验系统案例拓扑图；
图7本实用新型±750V四端直流配电实验平台案例设计图；
其中，图2中(a)双端单回线拓扑模型；(b)双端双回线拓扑模型；(c) 双端三回线拓扑模型；(d)三端纯单回线链式拓扑模型；(e)三端带一条双回线的链式拓扑模型；(f)三端纯单回线的环网拓扑模型；(g)三端带一条双回线的环网拓扑模型；(h)四端纯单回线的链式拓扑模型；(i)四端纯单回线的环网拓扑模型；(j)四端带一条双回线的环网拓扑模型；(k)三端单回线环网带单回线辐射分支的拓扑模型；(l)双三端单回线环网拓扑模型(双环网)；(m)四端三个单回线辐射分支的拓扑模型；(n)四端带一个单回线的链式拓扑模型1；(o) 四端带一个单回线的链式拓扑模型2；
图4中(a)双极模式下接地方式；(b)单极模式下接地方式。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本实用新型的内容做进一步的说明。
本实用新型的目的在于提供一种拓扑灵活可变、运行方式与接地方式可选的直流配电实验系统一次侧配置，以满足直流配电研究的所需的多拓扑、灵活运行方式的实验环境需要，同时能够尽量减少直流配电实验系统的规模，以尽可能的节约投资与占地。
一种直流配电实验系统，包括：直流电源、直流网络端点和直流支路；
在所述直流支路两端分别设置切换模块；
所述直流支路通过所述切换模块与直流网络端点连接，构成环形直流电网结构；
所述切换模块的另一端分别与所述直流电源的连接。
所述直流网络端点至少为4个，所述直流电源的数量与所述直流网络端点一致；
所述直流支路至少为5条；
其中4条直流支路分别通过所述直流支路两端的选择模块与所述直流网络端点连接形成口字形直流电网结构；
第五条直流支路的一端通过切换模块与其它任意一条支路两端连接的两个网络端点连接；所述第五条直流支路的另一端与剩余网络端点连接；
所述第五条直流支路两端的切换模块用于确保每次接通一个直流电源。
具体的，
1、实验系统拓扑结构设计
该直流配电实验系统以一个四端五支路的“日”字型网络拓扑为基础架构(如图1所示)，通过断路器开关的开闭操作来构造实验需要的直流配电拓扑，从而实现多种网络拓扑结构的灵活选择。4个直流网络端点各配置1个由1个实验室交流电源和1个AC/DC变流器组组成的直流电源，并通过4条支路连接构造一个4端电源的“口”字形环形直流电网结构；第5条支路的每端分别连接2个直流电源端点，并通过切换开关或互锁机制的断路器开关确保每次仅接通1个直流电源端点。该网络中的每条支路的两侧各端和网络端点处直流电源处均设有断路器开关可进行投切。该拓扑下可构造出最大4节点的直流模型，通过对断路器开关选择不同的投切方式实现不少于15种直流拓扑，不仅能够实现辐射、单环网、双环网、辐射-环网复合型拓扑结构，同时还可模拟直流双回线、三回线等特殊网架形式(如图2所示)。
其中组成直流电源的实验室交流电源具备隔离与移相功能，从而能够模拟相互独立的4个交流电源。
2、实验系统运行方式设计
实验系统的直流电源采用了双向AC/DC变流器组，每个AC/DC变流器组都是2个双向AC/DC变流器通过交流侧并联、直流侧串联而成，从而可以支持双极运行模式和单极运行模式(如图3所示)。
3、实验系统接地方式设计
双极模式下采用单点直接接地方式，直接连接地网。并通过接地柜连接入地，接地柜具备接地方式切换能力，预留备用接口，以便进行接地设备接入系统进行接地方式的实验研究(如图4(a)所示)。
单极模式下采用经钳位电容接地方式，提供电位平衡功能。通过电位平衡柜连接直流侧的3个极的出线，并通过断路器开关控制钳位电容接入位置，以保证在不同运行方式下均能提供电位平衡功能(如图4(b)所示)。
4、实验系统故障实验设计
通过故障模拟器模拟直流故障，故障模拟器可以实现接地故障、极间短路、断线故障等故障类型。配置2套直流故障模拟器，分别配置于系统两侧，可进行直流多点故障的模拟(如图5)。
5、直流负荷、储能、分布式电源等接入设备的接入方式设计
直流负荷、储能、分布式电源及检测设备等接入设备通过直流配电柜接入实验系统。直流配电柜配置5台，位于4个直流电源端和第5条直流支路的中段；直流配电柜配置直流母线、直流进出线接口和断路器开关，每路直流进出线均为 3个极出线(如图5)。
本实用新型提供了一个±750V四端五支路直流配电实验平台实施案例，如图 6和图7所示：
系统总电源通过开关柜分成4路供给系统4端，其中1路直接与双向直流变流模块设备连接，其余3路通过连接可编程电源设备后再与双向直流变流模块设备连接，以此模拟相互独立的4端交流侧系统。
直流侧输出3极出线，分别是+750V，0V和-750V，经直流配电柜进行电力分配。
5个配电柜均为7路进出，其中系统侧4个配电柜的7路直流分配是：1路进线、1路输出可调配载、1路输出新能源设备(储能或燃料电池)开关柜、3 路输出直流线路模拟器、1路备用或接电位平衡器；中间可切换线路处的1个配电柜的7路直流分配是：2路接直流线路模拟器，2路接新能源设备(储能或燃料电池)开关柜，3路备用。
可调配载为回馈式配载，每端由2个750V模块构成，可分别接入两个750V 直流输出接口也可串联接入1500V直流接口。每两端配载接入一个DC/AC设备将电能返回系统，可考虑通过接入系统总电源开关柜完成回馈，此时系统开关柜应具有3进4出共7路线路。
线路模拟器共需要模拟8段线路，其中连接故障模拟器的线路均需要2套线路模拟设备，其余均需要一套。
2个故障模拟器分别放置到不相邻的两侧直流线路上，两端均连接线路模拟器。
储能设备和燃料电池均通过DC/DC接入±750V直流系统。先接入750V直流端口(即+750V或-750V与零线的端口)，之后再通过开关柜连入直流系统。其中所连开关柜具备3路进出线：1路连接储能设备的DC/DC，1路连接电源侧配电柜，1路连接可切换线路处的配电柜。
以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种直流配电实验系统，其特征在于，包括：直流电源、直流网络端点和直流支路；
在所述直流支路两端分别设置切换模块；
所述直流支路通过所述切换模块与直流网络端点连接，构成环形直流电网结构；
所述切换模块的另一端分别与所述直流电源的连接。
2.如权利要求1所述的直流配电实验系统，其特征在于：
所述直流网络端点至少为4个，所述直流电源的数量与所述直流网络端点一致；
所述直流支路至少为5条；
其中4条直流支路分别通过所述直流支路两端的选择模块与所述直流网络端点连接形成口字形直流电网结构；
第五条直流支路的一端通过切换模块与其它任意一条支路两端连接的两个网络端点连接；所述第五条直流支路的另一端与剩余网络端点连接；
所述第五条直流支路两端的切换模块用于确保每次接通一个直流电源。
3.如权利要求1所述的直流配电实验系统，其特征在于，所述切换模块包括：切换开关或互锁机制的断路器开关。
4.如权利要求1所述的直流配电实验系统，其特征在于，所述直流电源包括：实验室交流电源和AC/DC变流器组；
所述实验室交流电源和所述AC/DC变流器组串联，通过切换模块接入所述电网结构。
5.如权利要求4所述的直流配电实验系统，其特征在于，所述AC/DC变流器组包括：
两个双向AC/DC变流器通过交流侧并联、直流侧串联组成。
6.如权利要求1所述的直流配电实验系统，其特征在于，还包括：接地柜、电位平衡柜、故障模拟器和直流配电柜；
所述接地柜，用于接地方式的切换；
所述电位平衡柜，用于确保不同运行方式提供电位平衡；
所述故障模拟器，配置于系统两侧用于直流多点故障的模拟；
所述直流配电柜，位于四个直流电源端和第五个直流支路的中段用于将设备接入实验系统。
7.如权利要求6所述的直流配电实验系统，其特征在于，所述接地柜，包括备用接口；
所述备用接口，用于接地设备接入系统进行接入方式的实验研究。
8.如权利要求6所述的直流配电实验系统，其特征在于，所述电位平衡柜，包括断路器开关；
所述断路器开关，用于控制钳位电容接入位置。
9.如权利要求6所述的直流配电实验系统，其特征在于，所述直流多点故障包括：接地故障、极间短路和断线故障。
10.如权利要求6所述的直流配电实验系统，其特征在于，所述直流配电柜包括：
直流母线、直流进出线接口和断路器开关；
所述直流进出线通过所述断路开关与所述直流母线并联连接。
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