基于模块化高压的直流电网模拟方法、系统以及装置与流程

本发明涉及电网模拟，具体为基于模块化高压的直流电网模拟方法、系统以及装置。

背景技术：

1、为了降低电力系统的损耗，如今电力系统的使用配置通常是直流配电网，但在直流配电网应用的过程中，其中电源、负荷等各项装置的性能无法准确进行监测，以至于直流配电网经常会发生电压波动、短路故障、电压脉动等问题，因此本发明设计一种类似交流电网模拟源的装置，模拟直流配电网的各种故障情况，以提高直流配电网在实际应用过程中的运行效率。

2、例如公告号为cn107134768b的发明专利，为一种直流配电网的仿真方法及系统，涉及电力系统技术领域，用于模拟直流配电网的实际运行工况，准确的反映出直流配电网的运行特性。系统包括：仿真模拟设备、接口设备、测量单元、子站控制保护装置、多协调控制装置以及监控设备，仿真模拟设备与接口设备连接，接口设备与测量单元连接，测量单元分别与子站控制保护装置、多协调控制装置和监控设备连接，子站控制保护装置与多协调控制装置连接，多协调控制装置与监控设备连接。应用于直流配电网的仿真模拟中。

3、例如公告号为cn109066754b的发明专利，为直流配电网实时仿真系统和方法，包括：实时仿真器、仿真接口设备、i/o合并单元、子站控制保护设备、多协调控制保护设备，以及监控系统装置；其中，所述实时仿真器包括：实时数字仿真器rtds，吉比特收发器板卡gtfpga，现场可编程门阵列fpga；通过上述各装置的连接、配合工作模拟出直流配电网的实际运行工况及换流器和直流变压器的精确控制及运行特性，为直流配电网研究提供一种仿真平台及仿真方法。

4、结合上述技术方案发现，目前在对直流配电网的实际运行工况进行模拟的过程中，多数情况下是直接分析直流配电网在正常运行下的模拟状态，但是直流配电网在运行的过程中会发生故障问题，如果不考虑故障状态下的直流配电网的运行情况，会使得模拟的直流配电网的运行状态并不准确；同时如今较为成熟的是直流1500v及以下的双向直流模拟电源，但无法满足其余直流电压下对直流配电网的应用需求，会导致直流配电网无法应用于更多的直流场景中，无法提高直流配电网的使用广泛性。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了基于模块化高压的直流电网模拟方法、系统以及装置，能够有效解决上述背景技术中涉及的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：本发明第一方面提供了基于模块化高压的直流电网模拟系统，包括：功率单元定位模块，用于通过直流电网模拟系统，从中定位出各功率单元中的三相pwm整流电路、直流母线电容以及拓扑电路；能量流动状态分析模块，用于对各功率单元的三相pwm整流电路的能量流动状态进行分析，由此判定各功率单元的三相pwm整流电路的能量双向流动度；直流母线模拟评估模块，用于对各功率单元的直流母线电容的模拟状态进行评估，并综合各功率单元的三相pwm整流电路的能量双向流动度，分析得到各功率单元的直流模拟度；拓扑电路控制判定模块，用于将能量双向流动度低于设定的能量双向流动阈值的各功率单元记为各故障控制功率单元，对各故障控制功率单元的拓扑电路的控制状态进行判定，评估出各故障控制功率单元的拓扑电路的旁路控制度；调压模拟状态反馈模块，用于综合分析各功率单元的直流模拟度、各故障控制功率单元的拓扑电路的旁路控制度，得到直流电网模拟系统的调压模拟度，并反馈直流电网模拟系统的调压模拟状态。

3、作为进一步的方法，所述各功率单元的直流模拟度，具体分析过程为：

4、分析各功率单元的直流母线电容的模拟运行适宜度，与各功率单元的三相pwm整流电路的能量双向流动度进行综合处理，得到各功率单元的直流模拟度。

5、作为进一步的方法，所述对各故障控制功率单元的拓扑电路的控制状态进行判定，具体判定过程为：

6、通过对各故障控制功率单元的拓扑电路的控制状态进行判定，由此得到各故障控制功率单元的可控硅控制参数集，具体包括可控硅触发角度、触发脉冲信号幅值、触发脉冲信号宽度、触发脉冲信号频率以及在各控制时间点下的可控硅工作温度。

7、作为进一步的方法，所述评估出各故障控制功率单元的拓扑电路的旁路控制度，具体评估过程为：

8、将各故障控制功率单元的可控硅控制参数集进行分析处理，评估出各故障控制功率单元的拓扑电路的旁路控制度。

9、作为进一步的方法，所述反馈直流电网模拟系统的调压模拟状态，具体评价过程为：

10、将直流电网模拟系统的调压模拟度与设定的调压模拟度界定值进行比对，若直流电网模拟系统的调压模拟度低于设定的调压模拟度界定值，则对直流电网模拟系统的调压模拟状态进行反馈优化，若直流电网模拟系统的调压模拟度高于或等于设定的调压模拟度界定值，则无需对直流电网模拟系统的调压模拟状态进行反馈优化。

11、作为进一步的方法，所述直流电网模拟系统的调压模拟度，具体分析公式为：

12、

13、式中，为直流电网模拟系统的调压模拟度，为直流模拟度对应的权重因子，为第n个功率单元的直流模拟度，为旁路控制度对应的权重因子，为第p个故障控制功率单元的拓扑电路的旁路控制度，n为各功率单元的编号，，j为功率单元的总数，p为各故障控制功率单元的编号，，g为故障控制功率单元的总数。

14、本发明第二方面提供了基于模块化高压的直流电网模拟方法，包括：s1.功率单元定位：通过直流电网模拟系统，从中定位出各功率单元中的三相pwm整流电路、直流母线电容以及拓扑电路；s2.能量流动状态分析：对各功率单元的三相pwm整流电路的能量流动状态进行分析，由此判定各功率单元的三相pwm整流电路的能量双向流动度；s3.直流母线模拟评估：对各功率单元的直流母线电容的模拟状态进行评估，并综合各功率单元的三相pwm整流电路的能量双向流动度，分析得到各功率单元的直流模拟度；s4.拓扑电路控制判定：将能量双向流动度低于设定的能量双向流动阈值的功率单元数量记为各故障控制功率单元，对各故障控制功率单元的拓扑电路的控制状态进行判定，评估出各故障控制功率单元的拓扑电路的旁路控制度；s5.调压模拟状态反馈：综合分析各功率单元的直流模拟度、各故障控制功率单元的拓扑电路的旁路控制度，得到直流电网模拟系统的调压模拟度，并反馈直流电网模拟系统的调压模拟状态。

15、本发明第三方面提供了基于模块化高压的直流电网模拟系统的装置，包括直流电网模拟系统、电压传感器、温度传感器、处理器；所述直流电网模拟系统，用于对功率单元进行定位并分析，其中功率单元包括三相pwm整流电路、直流母线电容以及拓扑电路；电压传感器，用于实时获取功率单元中的电压值；温度传感器，用于获取可控硅工作温度；处理器，用于对电压值、可控硅工作温度以及直流电网模拟系统分析的功率单元的控制状态进行处理，以此反馈直流电网模拟系统的调压模拟状态。

16、相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：

17、（1）本发明通过提供基于模块化高压的直流电网模拟方法、系统以及装置，根据直流电网模拟系统，从中定位出各功率单元中的三相pwm整流电路、直流母线电容以及拓扑电路，对电路中的各项装置进行性能准确监测，并进行分别评估，可以为后续综合得到直流电网模拟系统的调压模拟度提供更详细的分析依据，并以此提高直流配电网在实际应用过程中的运行效率。

18、（2）本发明分别对各功率单元的三相pwm整流电路的能量流动状态进行分析、对各功率单元的直流母线电容的模拟状态进行评估，可以准确了解到直流配电网在正常运作下的运行模拟效果，以此降低直流配电网对电力系统的损耗影响。

19、（3）本发明通过对各故障控制功率单元的拓扑电路的控制状态进行判定，可以得知直流配电网在故障状态下的控制状况，并根据评估出的各故障控制功率单元的拓扑电路的旁路控制度，能够准确获取直流配电网是否发生电压波动、短路故障、电压脉动等问题，以达到对直流配电网的高效利用。

20、（4）本发明通过综合分析出直流电网模拟系统的调压模拟度，可以及时反馈直流配电网模拟系统的调压模拟状态，以及时作出应对措施，保证直流配电网能够应用于更多的电网场景中，提高直流配电网的使用广泛性。