[发明专利]电力系统开放式微型动态模拟与监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种集发电、输电、变电、负荷为一体的电力系统开放式微型动态模拟与监测系统。

背景技术

目前，电力系统的研究方法主要有数学仿真和物理模拟两种途径。

进行数学仿真需要写出物理现象在一定假设条件下的数学方程并借助专门的数学计算工具进行求解。但是由于电力系统是一个集稳态和暂态于一体的复杂系统，所以数学仿真的分析结果和实际结果往往存在较大误差，无法全面的反映出其物理过程；同时数学仿真要求对所研究的全部环节都必须能列出数学方程，这也限制了对电力系统中新的领域和现象的研究。

电力系统动态模拟系统是电力系统的物理模拟，它是根据相似理论建立起来的，具有与原型相同物理性质的物理模型，是实际电力系统按一定比例关系缩小了的，而又保留其物理特性的电力系统复制品。电力系统动态模拟主要由模拟发电机、模拟变压器、模拟输电线路、模拟负荷和有关调节、控制、测量、保护等模拟装置组成，是分析电力系统动态特征、测试继电保护及二次设备的重要手段。电力系统动态模拟需具有下列一些特点：

（1）可以在模型上直接观察到电力系统中产生的全部物理过程，获得明确的物理概念，并可很方便地对电力系统特性和诸多动态过程进行定性和定量的研究。

（2）对目前还不能或不完全能用数学方程很好地描述的问题，可以方便地利用动态模拟探求问题的物理本质，也可以校验现有理论和教学模拟的合理性、正确性，使理论和数学模型更加完善。

（3）对一些新型的继电保护和自动装置，可以直接接入动态模拟来研究。例如，新型的继电保护可以接在动态模拟系统中，进行各种短路故障试验，考核保护装置的各种性能。为校验继电保护的性能，在原型系统中制造各种短路事故是不可能的。

同时，动模系统也是进行电力系统自动化专业教学的有效方式，有利于学生对电力系统有一个整体的认识。

但是，现有的电力系统动态模拟装置建设投资巨大，占地面积大，运行和维护费用高，无法满足电力系统试验和教学的需要。另外在采用电子式互感器后，出现了通过物理元件实现的动态模拟实验系统（比如RTDS），其工作电压更低、参数更小，用各种信号发生器来模拟系统的设备，与现有动模系统相比，具有投资少、功耗低、运行费用低和操作方便等优点，可将投资巨大、占地面积广的动模实验室浓缩到一个操作灵活的实验台上。但这种动态模拟实验系统的缺点是将所有电力系统的设备浓缩到一个“黑匣子”里，使其应用范围受到很大的限制，如难以将新型的继电保护和自动装置接入来进行试验；没有实物的存在，无法给学生一种直观的认识，使其在教学中的应用价值大大下降。

同时，低电压电力系统动态模拟系统（申请号：201210536598.7）也存在很大的不足：（1）发电机端输出电能质量控制方法采用的是AC-DC-AC控制方法，即先通过低压整流装置将发电机端输出的交流电能转换为直流电，再通过低压逆变器将直流电量转换为交流电，从而实现电能质量的控制，这种方法用到了整流器、逆变器等电力电子器件，电力电子器件本身的脆弱性将使其成为限制发电模拟的最薄弱环节；再者发电机出口带逆变器，将无法精确模拟短路电流分布、同步稳定性等问题；而且电力电子器件易产生谐波污染电网，投资也很大；（2）负载模拟采用的是自主开发的低压器件甚至是弱电器件，这不能很好的模拟电力系统真实的各种动态特性的负载；（3）未具体指出线路、变电等模拟器件的标准，不便于组建大型系统；（4）未设计全网的监视和控制系统，不能掌握全网的运行状况，包括节点电压、功率、谐波等，也不能向全网发出调度控制命令。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种集发电、输电、变电、负荷为一体的电力系统开放式微型动态模拟与监测系统。本发明弥补了传统电力系统动态模拟系统和低电压电力系统动态模拟系统的不足，实现了模拟器件（如线路模拟、变电模拟）的标准化以便于组网，采集电网信息并对电网数据进行计算分析，然后下达相应的控制命令，采取电压和频率自动控制措施，从而实现对全网的监视与调度控制。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种电力系统开放式微型动态模拟与监测系统，包括微型发电模拟单元、微型变电模拟单元、微型输电模拟单元、微型负荷模拟单元、微型监测模拟单元，微型发电模拟单元依次与微型变电模拟单元、微型输电模拟单元、微型负荷模拟单元相连组成微型电网，微型电网接线端与微型监测模拟单元相连。