一种交直流混合微网仿真与测试系统的制作方法

1.本发明涉及电力工程和能源技术领域，具体为一种交直流混合微网仿真与测试系统。


背景技术：

2.微电网是一种新型的电网结构，其可以通过安全、稳定的方式将分布式的电源接入配电网。微电网按照其母线形式的不同，可分为直流微电网、交流微电网或交直流混合微电网。其中的混合微电网由于其拓扑结构易于扩展，能够迅速适应电网直流负荷的发展需求，因而逐渐被广泛采用。交直流混合微网被广泛应用于各种电力系统，它能够将不同的电源和负载灵活地连接在一起，从而增加了系统的可靠性、容错能力和经济性。
3.为了确保交直流混合微网系统的可靠性和稳定性，需要进行仿真与测试，因此，本发明提出一种交直流混合微网仿真与测试系统。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种交直流混合微网仿真与测试系统，能够模拟真实的微网系统，并监测和控制微网系统中各个组件的运行状态和参数，提高微网系统的稳定性。
5.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种交直流混合微网仿真与测试系统，包括：
6.交流母线，用于与主电网相连；
7.直流模块，包括光伏模块、储能模块和直流负载，其通过ac/dc双向逆变系统连接至交流母线；
8.交流模块，包括风机，其通过变流器与交流母线连接；
9.直流微网监控系统，包括第一功率采集模块、第一逆变器运行控制模块、第一并网柜状态检测模块和第一运行参数采集模块，用于监测和设置光伏和储能模块的运行状态，并控制光伏系统的启停；
10.交流微网监控系统，包括第二功率采集模块、第二变流器运行控制模块、第二并网柜状态检测模块和第二运行参数采集模块，用于控制风机的启停并监测和设置风机和变流器的运行状态，同时监测机侧和网侧的数据。
11.优选的，所述微网与主电网之间连接的交流母线上设置有断路器qf1，所述断路器qf1断开时，微网脱离主电网，处于离网运行模式，断路器qf1接通时，微网与主电网接通，处于并网运行模式。
12.优选的，所述风机与交流母线的连接通过设置的断路器qf4控制通断。
13.优选的，所述光伏模块包括光伏电池板和光伏并网柜，所述光伏模块与ac/dc双向逆变系统连接，且通过断路器qf5控制通断。
14.优选的，所述储能模块采用锂离子电池，包括电池管理系统，所述储能模块与ac/
dc双向逆变系统连接，且通过断路器qf3控制通断。
15.优选的，所述直流负载包括电阻、直流电机和直流灯，所述直流负载与ac/dc双向逆变系统连接，且通过断路器qf6控制通断。
16.本发明提供一种交直流混合微网仿真与测试方法，包括以下步骤：
17.s1、构建交直流混合微网仿真模型，包括交流母线、风机、变流器、直流母线、ac/dc双向逆变系统、储能模块、光伏模块和直流负载；
18.s2、运行仿真模型，并监测微网各模块的运行状态，包括电压、电流、功率、频率参数；
19.s3、在仿真过程中改变储能模块、光伏模块和直流负载的接入方式和功率大小，以模拟实际工况，持续监测并记录各模块的运行状态；
20.s4、通过仿真结果评估微网的性能，并根据需要进行优化和改进。
21.优选的，所述光伏模块的参数包括峰值功率、短路电流和开路电压。
22.优选的，所述储能模块采用锂离子电池，其参数包括额定容量、额定电压和最大充电/放电电流。
23.优选的，步骤s4中，评估参数包括微网的电能质量、能量管理效率和运行稳定性。
24.本发明提供了一种交直流混合微网仿真与测试系统。具备以下有益效果：
25.1、本发明交直流混合微网仿真与测试系统可以模拟真实的微网系统，通过光伏模块、储能模块和风机等可再生能源源不断地将能量输入交流母线和直流模块中，使得直流负载可以通过ac/dc双向逆变系统将直流电转换成交流电，使得交流负载可以直接利用；同时，该系统可以监测和控制微网系统中各个组件的运行状态和参数，提高了微网系统的稳定性，特别地，系统中的直流微网监控系统和交流微网监控系统可以分别对直流模块和交流模块进行监测和控制，实现对系统的精确控制和管理。
26.2、本发明通过对仿真结果的分析和评估，可以发现潜在的系统故障和性能瓶颈，设计更加优化的微网控制策略和能量调度方案，并根据需要进行改进。此外，该仿真方法还可以为微网系统的实际建设和运行提供参考，减少因为试错带来的潜在风险和成本。
附图说明
27.图1为本发明的整体连接示意图；
28.图2为本发明的系统框图；
29.图3为本发明的直流模块示意图；
30.图4为本发明的交流模块示意图；
31.图5为本发明的直流微网监控系统示意图；
32.图6为本发明的交流微网监控系统示意图；
33.图7为本发明的光伏模块示意图；
34.图8为本发明的储能模块示意图；
35.图9为本发明的直流负载示意图；
36.图10为本发明的方法示意图。
具体实施方式
37.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，都属于本发明保护的范围。
38.请参阅附图1-附图10，本发明实施例提供一种交直流混合微网仿真与测试系统，包括：
39.交流母线，用于与主电网相连；
40.直流模块，包括光伏模块、储能模块和直流负载，其通过ac/dc双向逆变系统连接至交流母线；
41.交流模块，包括风机，其通过变流器与交流母线连接；
42.直流微网监控系统，包括第一功率采集模块、第一逆变器运行控制模块、第一并网柜状态检测模块和第一运行参数采集模块，用于监测和设置光伏和储能模块的运行状态，并控制光伏系统的启停；
43.交流微网监控系统，包括第二功率采集模块、第二变流器运行控制模块、第二并网柜状态检测模块和第二运行参数采集模块，用于控制风机的启停并监测和设置风机和变流器的运行状态，同时监测机侧和网侧的数据。
44.本实施例中，该交直流混合微网仿真与测试系统可以模拟真实的微网系统，通过光伏模块、储能模块和风机等可再生能源源不断地将能量输入交流母线和直流模块中，使得直流负载可以通过ac/dc双向逆变系统将直流电转换成交流电，使得交流负载可以直接利用；同时，该系统可以监测和控制微网系统中各个组件的运行状态和参数，提高了微网系统的稳定性。特别地，系统中的直流微网监控系统和交流微网监控系统可以分别对直流模块和交流模块进行监测和控制，实现对系统的精确控制和管理。
45.一个实施例中，微网与主电网之间连接的交流母线上设置有断路器qf1，断路器qf1断开时，微网脱离主电网，处于离网运行模式，断路器qf1接通时，微网与主电网接通，处于并网运行模式；
46.上述实施例中，断路器qf1可以实现微网与主电网之间的切换，根据实际需求可以在并网和离网两种模式间切换，强化了系统的灵活性和适用性，同时防止了微网系统和主电网的相互干扰。
47.一个实施例中，风机与交流母线的连接通过设置的断路器qf4控制通断；
48.上述实施例中，当断路器qf4接通时，风机的输出电能可以输送到交流母线中，提供给交流负载使用；当断路器qf4断开时，风机的输出电能无法通过交流母线输送，从而停止对交流负载的供电。通过控制断路器qf4的通断状态，可以实现对风机的远程控制，进一步提高整个交直流混合微网的控制精度和稳定性。
49.一个实施例中，光伏模块包括光伏电池板和光伏并网柜，光伏模块与ac/dc双向逆变系统连接，且通过断路器qf5控制通断；
50.上述实施例中，光伏模块包括光伏电池板和光伏并网柜，光伏并网柜用于将光伏电池板上收集到的太阳能转换为直流电，并与ac/dc双向逆变系统连接，实现直流电向交流电的转换。此外，在系统设计中设置了断路器qf5用于控制光伏模块与交流母线之间的连接
通断。当断路器qf5接通时，光伏模块可以向交流母线内输送电能，并向交流负载供电；当断路器qf5断开时，光伏模块无法向交流母线内输送电能，停止对交流负载的供电。通过控制断路器qf5的开关状态可以对光伏模块的工作状态进行远程控制，从而实现对微网能源的优化调度。
51.一个实施例中，储能模块采用锂离子电池，包括电池管理系统，储能模块与ac/dc双向逆变系统连接，且通过断路器qf3控制通断；
52.上述实施例中，储能模块采用锂离子电池作为能量储备源，储能模块通过电池管理系统与ac/dc双向逆变系统连接，实现直流电向交流电的转换。同时，系统中还设置了断路器qf3用于控制储能模块与交流母线之间的连接通断。当断路器qf3接通时，储能模块可以向交流母线内输送电能，并向交流负载供电；当断路器qf3断开时，储能模块无法向交流母线内输送电能，停止对交流负载的供电。通过控制断路器qf3的开关状态可以对储能模块的工作状态进行远程控制，从而实现对微网能源的优化调度。
53.相比其他储能技术，锂离子电池具有能量密度高、充电效率高、寿命长、环境友好等优点，可以有效地提高系统的能量利用效率和经济性。同时，电池管理系统能够对电池充放电状态、环境温度、电压、电流等进行监测和管理，从而保证储能系统的稳定性和可靠性。
54.一个实施例中，直流负载包括电阻、直流电机和直流灯，直流负载与ac/dc双向逆变系统连接，且通过断路器qf6控制通断；
55.上述实施例中，直流负载包括电阻、直流电机和直流灯等组件，它们直接与ac/dc双向逆变系统相连，通过该系统将直流电转换为交流电，从而驱动交流负载。同时，在系统中还设置了断路器qf6用于控制直流负载与交流母线之间的连接通断。当断路器qf6接通时，直流负载可以向交流母线内输送电能，并驱动交流负载；当断路器qf6断开时，直流负载无法向交流母线内输送电能，停止对交流负载的驱动。通过控制断路器qf6的开关状态可以对直流负载的工作状态进行远程控制，从而实现对微网能源的优化调度。
56.直流负载作为微网系统中的重要组成部分之一，其稳定性和可靠性对整个系统的运行效率和经济性都有着重要的影响。通过与ac/dc双向逆变系统的连接和断路器qf6的控制，可以使直流负载的能量输入和输出与微网系统的能源平衡保持一致，从而提高系统的能量利用效率和稳定性。
57.一个实施例中，本发明提供一种交直流混合微网仿真与测试方法，包括以下步骤：
58.s1、构建交直流混合微网仿真模型，包括交流母线、风机、变流器、直流母线、ac/dc双向逆变系统、储能模块、光伏模块和直流负载；
59.s2、运行仿真模型，并监测微网各模块的运行状态，包括电压、电流、功率、频率参数；
60.s3、在仿真过程中改变储能模块、光伏模块和直流负载的接入方式和功率大小，以模拟实际工况，持续监测并记录各模块的运行状态；
61.s4、通过仿真结果评估微网的性能，并根据需要进行优化和改进；
62.上述实施例中，在该方法中，首先通过建立交直流混合微网仿真模型，包括交流母线、风机、变流器、直流母线、ac/dc双向逆变系统、储能模块、光伏模块和直流负载等组件，实现对微网系统的建模和仿真。然后，运行仿真模型，同时监测和记录微网各模块的运行状态，包括电压、电流、功率、频率参数等，以便对微网系统的性能进行定量评估。在仿真过程
中，可以通过改变储能模块、光伏模块和直流负载的接入方式和功率大小，模拟不同的实际工况，进一步评估微网系统的稳定性和可靠性。
63.通过对仿真结果的分析和评估，可以发现潜在的系统故障和性能瓶颈，设计更加优化的微网控制策略和能量调度方案，并根据需要进行改进。此外，该仿真方法还可以为微网系统的实际建设和运行提供参考，减少因为试错带来的潜在风险和成本。
64.一个实施例中，光伏模块的参数包括峰值功率、短路电流和开路电压。储能模块采用锂离子电池，其参数包括额定容量、额定电压和最大充电/放电电流。风机：包括额定功率、输出转速、输出电压等参数，它们是描述风机性能的重要指标；储能模块的参数包括额定容量、额定电压、最大充电/放电功率等参数，它们是描述储能模块性能的重要指标；直流负载的参数包括额定电压、额定电流、负载特性等参数，它们是描述直流负载性能的重要指标；ac/dc双向逆变系统的参数包括额定功率、效率、输出电压、输出电流等参数，它们是描述交直流双向转换器性能的重要指标；电池管理系统的参数包括电池状态监测、电池充电/放电管理、故障诊断等参数，它们是描述电池管理系统性能的重要指标；
65.上述实施例中，以上这些参数需要根据具体的微网系统应用需求和各个模块的特性来进行选定和综合分析，以提高系统的性能和稳定性。同时，需要根据应用场景的实际情况，不断优化和改进微网系统的各个组成部分，以满足能源互联网的未来发展需求。
66.一个实施例中，步骤s4中，评估参数包括微网的电能质量、能量管理效率和运行稳定性；
67.上述实施例中，电能质量：电能质量是衡量微网系统供电质量的重要指标，它关系到微网系统在供电质量不佳的情况下的应对能力。通过评估微网系统的电压、电流、频率等参数的波动情况，来判断系统的电能质量。
68.能量管理效率：能量管理效率是衡量微网系统能量利用效率的重要指标，它与系统的能量损耗和节能效果直接相关。通过评估能量输入和输出的比例和能量利用效率的物理机理，来评估微网系统的能量管理效率。
69.运行稳定性：运行稳定性是衡量微网系统稳定性的重要指标，它与系统的能量供应和负载需求平衡相关。通过评估微网系统在不同负载情况下的稳定性表现、故障处理能力等指标，来判断其运行稳定性。
70.通过对这些评估参数的综合评估，可以判断微网系统的性能和稳定性表现，从而提出合理的改进策略和优化方案，不断提高微网系统的能量利用效率和稳定性。
71.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种交直流混合微网仿真与测试系统，其特征在于，包括：交流母线，用于与主电网相连；直流模块，包括光伏模块、储能模块和直流负载，其通过ac/dc双向逆变系统连接至交流母线；交流模块，包括风机，其通过变流器与交流母线连接；直流微网监控系统，包括第一功率采集模块、第一逆变器运行控制模块、第一并网柜状态检测模块和第一运行参数采集模块，用于监测和设置光伏和储能模块的运行状态，并控制光伏系统的启停；交流微网监控系统，包括第二功率采集模块、第二变流器运行控制模块、第二并网柜状态检测模块和第二运行参数采集模块，用于控制风机的启停并监测和设置风机和变流器的运行状态，同时监测机侧和网侧的数据。2.根据权利要求1所述的一种交直流混合微网仿真与测试系统，其特征在于，所述微网与主电网之间连接的交流母线上设置有断路器qf1，所述断路器qf1断开时，微网脱离主电网，处于离网运行模式，断路器qf1接通时，微网与主电网接通，处于并网运行模式。3.根据权利要求1所述的一种交直流混合微网仿真与测试系统，其特征在于，所述风机与交流母线的连接通过设置的断路器qf4控制通断。4.根据权利要求1所述的一种交直流混合微网仿真与测试系统，其特征在于，所述光伏模块包括光伏电池板和光伏并网柜，所述光伏模块与ac/dc双向逆变系统连接，且通过断路器qf5控制通断。5.根据权利要求1所述的一种交直流混合微网仿真与测试系统，其特征在于，所述储能模块采用锂离子电池，包括电池管理系统，所述储能模块与ac/dc双向逆变系统连接，且通过断路器qf3控制通断。6.根据权利要求1所述的一种交直流混合微网仿真与测试系统，其特征在于，所述直流负载包括电阻、直流电机和直流灯，所述直流负载与ac/dc双向逆变系统连接，且通过断路器qf6控制通断。7.一种交直流混合微网仿真与测试方法，使用权利要求1-6任一项所述的一种交直流混合微网仿真与测试系统，其特征在于，包括以下步骤：s1、构建交直流混合微网仿真模型，包括交流母线、风机、变流器、直流母线、ac/dc双向逆变系统、储能模块、光伏模块和直流负载；s2、运行仿真模型，并监测微网各模块的运行状态，包括电压、电流、功率、频率参数；s3、在仿真过程中改变储能模块、光伏模块和直流负载的接入方式和功率大小，以模拟实际工况，持续监测并记录各模块的运行状态；s4、通过仿真结果评估微网的性能，并根据需要进行优化和改进。8.根据权利要求7所述的一种交直流混合微网仿真与测试方法，其特征在于，所述光伏模块的参数包括峰值功率、短路电流和开路电压。9.根据权利要求7所述的一种交直流混合微网仿真与测试方法，其特征在于，所述储能模块采用锂离子电池，其参数包括额定容量、额定电压和最大充电/放电电流。10.根据权利要求7所述的一种交直流混合微网仿真与测试方法，其特征在于，步骤s4中，评估参数包括微网的电能质量、能量管理效率和运行稳定性。

技术总结
本申请涉及电力工程和能源领域，公开了一种交直流混合微网仿真与测试系统，包括交流母线，用于与主电网相连，直流模块，包括光伏模块、储能模块和直流负载，其通过AC/DC双向逆变系统连接至交流母线，交流模块，包括风机，其通过变流器与交流母线连接，直流微网监控系统，用于监测和设置光伏和储能模块的运行状态，并控制光伏系统的启停，交流微网监控系统，用于控制风机的启停并监测和设置风机和变流器的运行状态。本发明交直流混合微网仿真与测试系统可以模拟真实的微网系统，同时，该系统可以监测和控制微网系统中各个组件的运行状态和参数，提高了微网系统的稳定性。提高了微网系统的稳定性。提高了微网系统的稳定性。


技术研发人员：吴昊天 魏忠 石明 潘智轩
受保护的技术使用者：上海勘测设计研究院有限公司
技术研发日：2023.07.03
技术公布日：2023/10/8