專利名稱：一種低電壓電力系統(tǒng)動態(tài)模擬系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電氣行業(yè)，尤其涉及一種用于低電壓電力系統(tǒng)動態(tài)模擬系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)動態(tài)模擬是分析電力系統(tǒng)特征、測試繼電保護及二次設(shè)備的重要手段，在我國得到了廣泛的應(yīng)用。電力系統(tǒng)動態(tài)模擬就是一種用于研究電力系統(tǒng)動態(tài)特性的物理模擬，由于電力系統(tǒng)及其暫態(tài)穩(wěn)定的復(fù)雜性，在進行理論分析的同時必須進行試驗研究，二者缺一不可。電力系統(tǒng)的試驗方法可以在原型上進行，也可以在模型上進行，電力系統(tǒng)動態(tài)模擬實驗室就是專門進行電力系統(tǒng)試驗研究和教學(xué)的重要場所。因此，電力系統(tǒng)動態(tài)模擬系統(tǒng)受到了廣泛的關(guān)注和研究，具有極好的應(yīng)用前景。而現(xiàn)有的電力系統(tǒng)動態(tài)模擬系統(tǒng)采用的物理元件工作電壓一般為38(Tl000V，裝機容量一般在數(shù)十至數(shù)百千伏安，其缺點是設(shè)備昂貴、占地面積大、電壓等級高，不利于實驗室教學(xué)研究。為了便于實驗室研究，急切的需要建立一套適用于實驗室研究、教學(xué)的電力系統(tǒng)動態(tài)1吳擬系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為解決上述問題，提供一種實驗室使用的低電壓電力系統(tǒng)動態(tài)模擬系統(tǒng)，為電力系統(tǒng)控制策略的研究提供了一個安全、可靠、占地面積小、經(jīng)濟實用、易于控制的實驗平臺，保障了實驗人員、學(xué)生在實驗過程中的人身安全。雖然，所采用的低壓電動機、發(fā)電機等電壓等級比實際中的低，但是其電磁特性都是相同的，能夠達到模擬實際電力系統(tǒng)的水平。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。—種低電壓電力系統(tǒng)動態(tài)模擬系統(tǒng),包括發(fā)電機組、輸配電變壓器、線路的物理模型、負載和配電網(wǎng)；所述輸配電變壓器，將高電壓電變?yōu)榈碗妷海凰鼍€路的物理模型，根據(jù)等值電路計算出電阻、電容、電感的數(shù)值，用電阻、電容、電感搭出電力線路的等值電路；所述負載檢測發(fā)電電能質(zhì)量；所述配電網(wǎng)是將低壓發(fā)電機所發(fā)出的電能就地分配或按電壓逐級分配給負載使用；所述發(fā)電機組包括電機調(diào)速裝置、低壓電動機、低壓發(fā)電機、低壓整流控制器、低壓逆變器；所述電機調(diào)速裝置，調(diào)節(jié)低壓電動機的轉(zhuǎn)速；所述低壓發(fā)電機進行模擬發(fā)電，以低電壓并入電網(wǎng)，供負載使用或傳入到電網(wǎng)；所述低壓整流控制器是將低壓發(fā)電機所發(fā)出不穩(wěn)定的低壓交流電能轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的工頻低壓直流電能；所述低壓逆變器是對低壓整流控制器輸出的工頻低壓直流電能轉(zhuǎn)換為工頻低壓交流電能，供低壓負載使用。所述低壓電動機采用一臺或幾臺、直流或交流可編程調(diào)速電動機。低壓發(fā)電機采用普通異步發(fā)電機、雙饋感應(yīng)異步發(fā)電機或永磁直驅(qū)發(fā)電機中的一種或幾種組合。下面結(jié)合本發(fā)明的結(jié)構(gòu)組成詳細說明本發(fā)明工作原理本發(fā)明是根據(jù)實際電力系統(tǒng)進行的低壓模擬電機調(diào)速裝置輸出調(diào)速信號對低壓電動機進行速度控制，低壓電動機通過機械器件與低壓發(fā)電機進行，低壓電動機轉(zhuǎn)動帶動低壓電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，從而低壓發(fā)電機可以在定子上輸出交流電能，交流電能通過整流逆變輸出穩(wěn)定的交流電能可直接帶負載運行，或通過電力線路以及輸配電變壓器并入到電網(wǎng)中。低電壓電力系統(tǒng)動態(tài)模擬系統(tǒng)進行的發(fā)電、輸電、配電等過程與實際電力系統(tǒng)過程相同。本發(fā)明的低電壓電力系統(tǒng)動態(tài)模擬系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖1所示，整個系統(tǒng)中，輸配電變壓器、低壓發(fā)電機、低壓電動機、電阻、電感、電容、低壓逆變器、低壓整流控制器均采用380V及380V以下的電壓等級，其中電動機、發(fā)電機采用IlOV以下電壓等級。降低系統(tǒng)的電壓等級，更容易使用低壓控制元件進行相關(guān)控制，同時不影響電力系統(tǒng)動態(tài)模擬系統(tǒng)的實際效
果O 模擬電力線路用Π型等值電路來模擬，對地和線間電容可以分別模擬，一段線路的Π型等值電路如圖2所示，并根據(jù)公式(I) (2)計算電阻、電感、電容的參數(shù)Z = R+jX = rj+xj 公式(I)Y = G+jB = jB = Jb1I 公式(2)在公式(I)中，Z為電力線路的阻抗，R為電力線路電阻，j為虛數(shù)單位，X為電力線路的電抗，^為電力線路單位長度的電阻，X1為電力線路單位長度的電抗；在公式(2)中，Y為電力線路的導(dǎo)納，G為電力線路的電導(dǎo)，j為虛數(shù)單位，B為電力線路的電納，Id1電力線路單位長度的電納；其中在公式(I) (2)中，I為電力線路的長度。本發(fā)明完成了一個低電壓電力系統(tǒng)動態(tài)模擬系統(tǒng)的裝置，搭建了一個由發(fā)電機組、輸配電變壓器、線路的物理模型、負載和配電網(wǎng)組成的動態(tài)模擬系統(tǒng)，通過電機調(diào)速裝置輸出不同的調(diào)速信號，該裝置可以模擬多種發(fā)電方式，如火力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電
坐坐寸寸ο一些低壓物理元器件在市場中很難找到，比如低壓逆變器很多都是將其他電壓等級逆變?yōu)榻涣?20V的生活用電，市場上很難找到低壓逆變器將電壓逆變?yōu)楦碗妷旱燃壗涣麟姷哪孀兤?，比?4V、12V的逆變器。單一低壓整流控制器、低壓發(fā)電機，市場需求很少，很少有廠家生產(chǎn)。這對本系統(tǒng)的開發(fā)是一個關(guān)鍵點，對低壓器件成功開發(fā)研究，并應(yīng)用到本系統(tǒng)中是一個創(chuàng)新點。本發(fā)明的有益效果1.降低了電力系統(tǒng)動態(tài)模擬系統(tǒng)的電壓等級，更適合于實驗室里面的教學(xué)科研。2.用于電力系統(tǒng)控制保護策略和控制系統(tǒng)的設(shè)計研究。3.用于風(fēng)電、光伏發(fā)電等可再生能源發(fā)電的研究。


圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)原理圖。圖2為本發(fā)明模擬電力線路的等值電路圖。圖3為本實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
本實施例的一種低電壓電力系統(tǒng)動態(tài)模擬系統(tǒng)，包括發(fā)電機組、輸配電變壓器、線路的物理模型、負載和配電網(wǎng)；所述發(fā)電機組包括電機調(diào)速裝置、低壓電動機、低壓發(fā)電機、低壓整流控制器、低壓逆變器；所述電機調(diào)速裝置，本實施例采用變頻器；所述低壓電動機，本實施例采用12V直流電動機；所述低壓發(fā)電機，本實施例采用12V三相交流同步發(fā)電機；所述低壓整流控制器，本實施例采用50HZ三相交流12V輸入，直流12V輸出的低壓整流控制器；所述低壓逆變器，本實施例采用50HZ直流12V輸入，三相交流12V輸出的低壓逆變器。所述輸配電變壓器，本實施例采用3個輸配電變壓器，即第I變壓器、第2變壓器和第3變壓器，如圖3所示，變壓器的變比分別為12V/24VU2V/24V和24V/380V ;所述模擬電力線路，本實施例采用Π型等值電路來 計算，對電力線路進行模擬計算。如圖3所示，本實施例采用低電壓等級，第I母線接市電380V通過第I變壓器連接到第2母線，第2母線處電壓變?yōu)?4V，第2母線通過第I線路連接到第3母線，第3母線經(jīng)第2變壓器連接第4母線，第4母線處電壓變?yōu)?2V，第4母線通過第2線路連接到第5母線，第5母線分別與發(fā)電機組、負載、第3線路連接，第5母線通過第3線路與第6母線連接，第6母線分別與配電網(wǎng)及其各個負載連接，進行電能分配。上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種低電壓電力系統(tǒng)動態(tài)模擬系統(tǒng)，其特征是，包括發(fā)電機組、輸配電變壓器、線路的物理模型、負載和配電網(wǎng)；所述輸配電變壓器，將高電壓電變?yōu)榈碗妷?；所述線路的物理模型，根據(jù)等值電路計算出電阻、電容、電感的數(shù)值，用電阻、電容、電感搭出電力線路的等值電路；所述負載檢測發(fā)電電能質(zhì)量；所述配電網(wǎng)是將低壓發(fā)電機所發(fā)出的電能就地分配或按電壓逐級分配給負載使用；所述發(fā)電機組包括電機調(diào)速裝置、低壓電動機、低壓發(fā)電機、低壓整流控制器、低壓逆變器；所述電機調(diào)速裝置，調(diào)節(jié)低壓電動機的轉(zhuǎn)速；所述低壓發(fā)電機進行模擬發(fā)電，以低電壓并入電網(wǎng)，供負載使用或傳入到電網(wǎng)；所述低壓整流控制器是將低壓發(fā)電機所發(fā)出不穩(wěn)定的低壓交流電能轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的工頻低壓直流電能；所述低壓逆變器是對低壓整流控制器輸出的工頻低壓直流電能轉(zhuǎn)換為工頻低壓交流電能，供低壓負載使用。
2.如權(quán)利要求1所述的低電壓電力系統(tǒng)動態(tài)模擬系統(tǒng)，其特征是，所述低壓發(fā)電機采用普通異步發(fā)電機、雙饋感應(yīng)異步發(fā)電機或永磁直驅(qū)發(fā)電機中的一種或幾種組合。
3.如權(quán)利要求1所述的低電壓電力系統(tǒng)動態(tài)模擬系統(tǒng)，其特征是，所述低壓電動機采用一臺或幾臺、直流或交流可編程調(diào)速電動機。
4.如權(quán)利要求1所述的低電壓電力系統(tǒng)動態(tài)模擬系統(tǒng)，其特征是，所述輸配電變壓器、低壓發(fā)電機、低壓電動機、電阻、電感、電容、低壓逆變器、低壓整流控制器均采用380V及380V以下的電壓等級。
5.如權(quán)利要求1或4所述的低電壓電力系統(tǒng)動態(tài)模擬系統(tǒng)，其特征是，其中低壓電動機、低壓發(fā)電機采用Iiov以下電壓等級。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低電壓電力系統(tǒng)動態(tài)模擬系統(tǒng)，包括發(fā)電機組、輸配電變壓器、線路的物理模型、負載和配電網(wǎng)；所述輸配電變壓器，將高電壓電變?yōu)榈碗妷海凰鼍€路的物理模型，根據(jù)等值電路計算出電阻、電容、電感的數(shù)值，用電阻、電容、電感搭出電力線路的等值電路；所述負載檢測發(fā)電電能質(zhì)量；所述配電網(wǎng)是將低壓發(fā)電機所發(fā)出的電能就地分配或按電壓逐級分配給負載使用。本發(fā)明完成了一個低電壓電力系統(tǒng)動態(tài)模擬系統(tǒng)，搭建了發(fā)電機組、輸配電變壓器、線路的物理模型和負載這樣一個動態(tài)模擬系統(tǒng)。本發(fā)明為電力系統(tǒng)控制保護策略和控制系統(tǒng)的設(shè)計研究提供了一個更可靠、安全的研究平臺和測試環(huán)境。
文檔編號G09B23/18GK103021241SQ201210536598
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者于大洋, 劉英男 申請人:山東大學(xué)