CN107729690B - 一种直流配用电系统仿真方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流配用电系统仿真方法及装置，通过构建直流配电系统拓扑结构，并确定拓扑结构的仿真参数、边界状态及边界约束条件，并根据所述拓扑结构和仿真参数进行直流配用电的系统仿真，解决了现有技术中，并没有针对包含电力电子变换器和直流断路器的直流配用电系统的仿真方法，导致了缺少对于直流配用电系统的实际开发和试验的依据和参考的技术问题。

Description

一种直流配用电系统仿真方法及装置

技术领域

本发明涉及电力仿真领域，尤其涉及一种直流配用电系统仿真方法及装置。

背景技术

近年来，直流配用电技术被广泛认为是配用电、新能源领域中的主要发展方向，基于直流电的相关技术受到了非常多的重视，然而对于直流配用电技术的研发和应用来说，想要将直流配电系统投入实用，首先需要进行理论研究，确定其拓扑结构，然后必须要进行仿真验证，为接下来的实际开发、试验提供依据和参考，其中，电力电子变换器和直流断路器是直流配用电系统中的关键设备和模拟的重点对象。在直流配电系统中，交直流系统连接及不同电压等级的配电母线需要经过电力电子变换器实现功率交换，其性能直接决定了配用电系统的功率、稳定性等工作参数，此外，直流系统的故障隔离、切断则需要直流断路器来提供支持，相比于交流系统，直流系统缺少过零点，因此断路器研制更困难。

现有技术中，并没有针对包含电力电子变换器和直流断路器的直流配用电系统的仿真方法，导致了缺少对于直流配用电系统的实际开发和试验的依据和参考的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种直流配用电系统仿真方法及装置，用于解决现有技术中，并没有针对包含电力电子变换器和直流断路器的直流配用电系统的仿真方法，导致了缺少对于直流配用电系统的实际开发和试验的依据和参考的技术问题。

本发明提供的一种直流配用电系统仿真方法，包括：

构建直流配电系统拓扑结构，所述拓扑结构包括：线路、电力电子变换器，直流断路器和负载，其中，所述电力电子变换器具体为：MMC变换器，所述直流断路器包括：机械开关模型支路、固态开关模型支路和限压缓冲吸收模型支路，所述机械开关模型支路、所述固态开关模型支路和所述限压缓冲吸收模型支路并联连接；

确定所述直流配电系统拓扑结构的仿真参数，所述仿真参数包括：直流电压等级、线路长度、极间电容、MMC变换器阀侧电感、MMC变换器滤波电容、MMC变换器桥臂电抗、线路电阻、线路电容、线路电感和负载电抗；

确定所述电力电子变换器的仿真参数，所述仿真参数包括：最大容量、交流电压、直流电压、子模块数目、可选子模块标称、子模块电容和桥臂电抗；

根据电弧电压-电流曲线确定所述机械开关模型支路的燃弧电阻；

整定所述直流断路器的动作时序；

确定所述直流配电系统的边界状态及边界约束条件，并根据所述直流配电系统拓扑结构、所述边界状态和所述边界约束条件进行直流配电系统的仿真。

优选地，所述构建直流配电系统拓扑结构，所述拓扑结构包括：线路、电力电子变换器，直流断路器和负载，其中，所述电力电子变换器具体为：MMC变换器；具体包括；

构建直流配电系统拓扑结构，所述拓扑结构包括：第一交流电源、第一开关、第一交流变压器、第一全控型换流器、第一电感、第一直流断路器、第一单向换流设备、第二全控型换流器、敏感负荷、交流微网、直流负荷、第一直流变压器、第一单向直流变压器、直流微网、第二直流断路器、第二电感、第三全控型换流器、第二交流变压器、第二开关和第二交流电源，其中，所述第一全控型换流器、第二全控型换流器、第三全控型换流器和第一单向换流设备具体为：MMC换流器；

所述第一交流电源通过所述第一开关与所述第一交流变压器连接，所述第一交流变压器通过所述第一全控型换流器与所述第一电感连接，所述第一电感通过所述第一直流断路器与所述第一单向换流设备连接，所述第一单向换流设备与所述敏感负荷连接，所述第二全控型换流器与所述交流微网连接，所述第一单向直流变压器与所述直流负荷连接，所述第一直流变压器与所述直流微网连接，所述第一单向换流设备、所述第一全控型换流器、所述第一直流变压器和所述第一单向直流变压器依次串联连接，所述第一直流断路器与所述第二直流断路器连接，所述第二直流断路器通过所述第二电感与所述第三全控型换流器连接，所述第三全控型换流器与所述第二交流变压器连接，所述第二交流变压器通过所述第二开关与所述第二交流电源连接。

优选地，所述确定所述电力电子变换器的仿真参数，所述仿真参数包括：最大容量、交流电压、直流电压、子模块数目、可选子模块标称、子模块电容和桥臂电抗；具体包括：

确定所述第一全控型换流器、第二全控型换流器、第三全控型换流器和第一单向换流设备的仿真参数，所述仿真参数包括：最大容量、交流电压、直流电压、子模块数目、可选子模块标称、子模块电容和桥臂电抗。

优选地，所述限压缓冲吸收模型支路具体包括：

RC缓冲吸收支路和金属氧化物压敏电阻限压支路，所述RC缓冲吸收支路与所述金属氧化物压敏电阻限压支路并联连接。

优选地，所述整定所述直流断路器的动作时序具体包括：

当所述直流配用电系统发生短路故障后，发送触发信号到所述机械开关模型支路的机械开关，使得所述机械开关开断；

当所述固态开关模型支路中的固态开关开断后，发送导通信号到所述固态开关，使得所述固态开关导通；

当短路电流转移至所述固态开关模型支路，且所述机械开关两端的电压低于第一预设电压后，发送开断信号到所述固态开关，使得所述固态开关开断。

本发明提供的一种直流配用电系统仿真装置，包括：

第一构建模块，用于构建直流配电系统拓扑结构，所述拓扑结构包括：线路、电力电子变换器，直流断路器和负载，其中，所述电力电子变换器具体为：MMC变换器，其中，所述直流断路器包括：机械开关模型支路、固态开关模型支路和限压缓冲吸收模型支路，所述机械开关模型支路、所述固态开关模型支路和所述限压缓冲吸收模型支路并联连接；

第一确定模块，用于确定所述直流配电系统拓扑结构的仿真参数，所述仿真参数包括：直流电压等级、线路长度、极间电容、MMC变换器阀侧电感、MMC变换器滤波电容、MMC变换器桥臂电抗、线路电阻、线路电容、线路电感和负载电抗；

第二确定模块，用于确定所述电力电子变换器的仿真参数，所述仿真参数包括：最大容量、交流电压、直流电压、子模块数目、可选子模块标称、子模块电容和桥臂电抗；

第三确定模块，用于根据电弧电压-电流曲线确定所述机械开关模型支路的燃弧电阻；

整定模块，用于整定所述直流断路器的动作时序；

第四确定模块，用于确定所述直流配电系统的边界状态及边界约束条件；

仿真模块，用于根据所述直流配电系统拓扑结构、所述边界状态和所述边界约束条件进行直流配电系统的仿真。

优选地，所述第一构建模块具体用于：

构建直流配电系统拓扑结构，所述拓扑结构包括：第一交流电源、第一开关、第一交流变压器、第一全控型换流器、第一电感、第一直流断路器、第一单向换流设备、第二全控型换流器、敏感负荷、交流微网、直流负荷、第一直流变压器、第一单向直流变压器、直流微网、第二直流断路器、第二电感、第三全控型换流器、第二交流变压器、第二开关和第二交流电源，其中，所述第一全控型换流器、第二全控型换流器、第三全控型换流器和第一单向换流设备具体为：MMC换流器，所述第一直流断路器和所述第二直流断路器包括：机械开关模型支路、固态开关模型支路和限压缓冲吸收模型支路，所述机械开关模型支路、所述固态开关模型支路和所述限压缓冲吸收模型支路并联连接；

所述第一交流电源通过所述第一开关与所述第一交流变压器连接，所述第一交流变压器通过所述第一全控型换流器与所述第一电感连接，所述第一电感通过所述第一直流断路器与所述第一单向换流设备连接，所述第一单向换流设备与所述敏感负荷连接，所述第二全控型换流器与所述交流微网连接，所述第一单向直流变压器与所述直流负荷连接，所述第一直流变压器与所述直流微网连接，所述第一单向换流设备、所述第一全控型换流器、所述第一直流变压器和所述第一单向直流变压器依次串联连接，所述第一直流断路器与所述第二直流断路器连接，所述第二直流断路器通过所述第二电感与所述第三全控型换流器连接，所述第三全控型换流器与所述第二交流变压器连接，所述第二交流变压器通过所述第二开关与所述第二交流电源连接。

优选地，第二确定模块，具体用于：

确定所述第一全控型换流器、第二全控型换流器、第三全控型换流器和第一单向换流设备的仿真参数，所述仿真参数包括：最大容量、交流电压、直流电压、子模块数目、可选子模块标称、子模块电容和桥臂电抗。

优选地，第一构建模块，具体用于：

构建直流配电系统拓扑结构，所述拓扑结构包括：第一交流电源、第一开关、第一交流变压器、第一全控型换流器、第一电感、第一直流断路器、第一单向换流设备、第二全控型换流器、敏感负荷、交流微网、直流负荷、第一直流变压器、第一单向直流变压器、直流微网、第二直流断路器、第二电感、第三全控型换流器、第二交流变压器、第二开关和第二交流电源，其中，所述第一全控型换流器、第二全控型换流器、第三全控型换流器和第一单向换流设备具体为：MMC换流器，所述第一直流断路器和所述第二直流断路器包括：机械开关模型支路、固态开关模型支路和限压缓冲吸收模型支路，所述机械开关模型支路、所述固态开关模型支路和所述限压缓冲吸收模型支路并联连接，其中，所述限压缓冲吸收模型支路具体包括：RC缓冲吸收支路和金属氧化物压敏电阻限压支路，所述RC缓冲吸收支路与所述金属氧化物压敏电阻限压支路并联连接；

所述第一交流电源通过所述第一开关与所述第一交流变压器连接，所述第一交流变压器通过所述第一全控型换流器与所述第一电感连接，所述第一电感通过所述第一直流断路器与所述第一单向换流设备连接，所述第一单向换流设备与所述敏感负荷连接，所述第二全控型换流器与所述交流微网连接，所述第一单向直流变压器与所述直流负荷连接，所述第一直流变压器与所述直流微网连接，所述第一单向换流设备、所述第一全控型换流器、所述第一直流变压器和所述第一单向直流变压器依次串联连接，所述第一直流断路器与所述第二直流断路器连接，所述第二直流断路器通过所述第二电感与所述第三全控型换流器连接，所述第三全控型换流器与所述第二交流变压器连接，所述第二交流变压器通过所述第二开关与所述第二交流电源连接。

优选地，第二确定模块，具体用于：

确定所述第一全控型换流器、第二全控型换流器、第三全控型换流器和第一单向换流设备的仿真参数，所述仿真参数包括：最大容量、交流电压、直流电压、子模块数目、可选子模块标称、子模块电容和桥臂电抗。

优选地，整定模块，具体包括：

第一发送子模块，用于当所述直流配用电系统发生短路故障后，发送触发信号到所述机械开关模型支路的机械开关，使得所述机械开关开断；

第二发送子模块，用于当所述固态开关模型支路中的固态开关开断后，发送导通信号到所述固态开关，使得所述固态开关导通；

第三发送子模块，用于当短路电流转移至所述固态开关模型支路，且所述机械开关两端的电压低于第一预设电压后，发送开断信号到所述固态开关，使得所述固态开关开断。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明提供的一种直流配用电系统仿真方法，包括：构建直流配电系统拓扑结构，所述拓扑结构包括：线路、电力电子变换器，直流断路器和负载，其中，所述电力电子变换器具体为：MMC变换器，所述直流断路器包括：机械开关模型支路、固态开关模型支路和限压缓冲吸收模型支路，所述机械开关模型支路、所述固态开关模型支路和所述限压缓冲吸收模型支路并联连接；确定所述直流配电系统拓扑结构的仿真参数，所述仿真参数包括：直流电压等级、线路长度、极间电容、MMC变换器阀侧电感、MMC变换器滤波电容、MMC变换器桥臂电抗、线路电阻、线路电容、线路电感和负载电抗；确定所述电力电子变换器的仿真参数，所述仿真参数包括：最大容量、交流电压、直流电压、子模块数目、可选子模块标称、子模块电容和桥臂电抗；根据电弧电压-电流曲线确定所述机械开关模型支路的燃弧电阻；整定所述直流断路器的动作时序；确定所述直流配电系统的边界状态及边界约束条件，并根据所述直流配电系统拓扑结构、所述边界状态和所述边界约束条件进行直流配电系统的仿真。

本发明中，通过构建直流配电系统拓扑结构，并确定拓扑结构的仿真参数、边界状态及边界约束条件，并根据所述拓扑结构和仿真参数进行直流配用电的系统仿真，解决了现有技术中，并没有针对包含电力电子变换器和直流断路器的直流配用电系统的仿真方法，导致了缺少对于直流配用电系统的实际开发和试验的依据和参考的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明提供的一种直流配用电系统仿真方法的一个实施例的流程示意图；

图2为本发明提供的一种直流配用电系统仿真方法的另一个实施例的流程示意图；

图3为本发明提供的一种不同极间电容值的仿真故障过程波形图；

图4为本发明提供的一种不同限流电感值的仿真故障过程波形图；

图5为本发明提供的一种不同负载电阻值的仿真故障过程波形图；

图6为本发明提供的一种不同线路电容值的仿真故障过程波形图；

图7为本发明提供的一种不同线路电阻值的仿真故障过程波形图；

图8为本发明提供的一种直流配用电系统仿真装置的一个实施例的流程示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种直流配用电系统仿真方法，用于解决现有技术中，并没有针对包含电力电子变换器和直流断路器的直流配用电系统的仿真方法，导致了缺少对于直流配用电系统的实际开发和试验的依据和参考的技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当的情况下可以互换。

请参阅图1，本发明实施例提供的一种直流配用电系统仿真方法，包括：

101：构建直流配电系统拓扑结构，拓扑结构包括：线路、电力电子变换器，直流断路器和负载，其中，电力电子变换器具体为：MMC变换器，直流断路器包括：机械开关模型支路、固态开关模型支路和限压缓冲吸收模型支路，机械开关模型支路、固态开关模型支路和限压缓冲吸收模型支路并联连接；

102：确定直流配电系统拓扑结构的仿真参数，仿真参数包括：直流电压等级、线路长度、极间电容、MMC变换器阀侧电感、MMC变换器滤波电容、MMC变换器桥臂电抗、线路电阻、线路电容、线路电感和负载电抗；

103：确定电力电子变换器的仿真参数，仿真参数包括：最大容量、交流电压、直流电压、子模块数目、可选子模块标称、子模块电容和桥臂电抗；

104：根据电弧电压-电流曲线确定机械开关模型支路的燃弧电阻；

105：整定直流断路器的动作时序；

106：确定直流配电系统的边界状态及边界约束条件，并根据直流配电系统拓扑结构、边界状态和边界约束条件进行直流配电系统的仿真。

本发明实施例中，通过构建直流配电系统拓扑结构，并确定拓扑结构的仿真参数、边界状态及边界约束条件，并根据所述拓扑结构和仿真参数进行直流配用电的系统仿真，解决了现有技术中，并没有针对包含电力电子变换器和直流断路器的直流配用电系统的仿真方法，导致了缺少对于直流配用电系统的实际开发和试验的依据和参考的技术问题。

以上是对一种直流配用电系统仿真方法的一个实施例进行的描述，下面将对用于一种直流配用电系统仿真方法的另一个实施例进行详细的描述。

请参考图2，本发明实施例提供的一种直流配用电系统仿真方法，包括：

201：构建直流配电系统拓扑结构，拓扑结构包括：第一交流电源、第一开关、第一交流变压器、第一全控型换流器、第一电感、第一直流断路器、第一单向换流设备、第二全控型换流器、敏感负荷、交流微网、直流负荷、第一直流变压器、第一单向直流变压器、直流微网、第二直流断路器、第二电感、第三全控型换流器、第二交流变压器、第二开关和第二交流电源，其中，第一全控型换流器、第二全控型换流器、第三全控型换流器和第一单向换流设备具体为：MMC换流器；

第一交流电源通过第一开关与第一交流变压器连接，第一交流变压器通过第一全控型换流器与第一电感连接，第一电感通过第一直流断路器与第一单向换流设备连接，第一单向换流设备与敏感负荷连接，第二全控型换流器与交流微网连接，第一单向直流变压器与直流负荷连接，第一直流变压器与直流微网连接，第一单向换流设备、第一全控型换流器、第一直流变压器和第一单向直流变压器依次串联连接，第一直流断路器与第二直流断路器连接，第二直流断路器通过第二电感与第三全控型换流器连接，第三全控型换流器与第二交流变压器连接，所述第二交流变压器通过第二开关与第二交流电源连接；

第一直流断路器和第二直流断路器包括：机械开关模型支路、固态开关模型支路和限压缓冲吸收模型支路，机械开关模型支路、固态开关模型支路和限压缓冲吸收模型支路并联连接；

在直流断路器参数选定方面，作为示例，考虑最严苛的情况，设置换流设备出口处极间短路故障，故障时刻为0.6s，故障在0.05s后自动消失。固态开关支路考虑采用3.3kV/1500A的IGBT元件进行串并联，构成2并11串的开关组，一共22个元件，最大关断电流3kA，1～3ms内瞬时关断电流可达到5～6kA，导通压降2.5×11＝27.5V，支路整体压降约30V。为了保证燃弧电压超过固态开关组导通压降，参考真空电弧燃弧电压数据，将实际曲线整体向更高电压平移，曲线变化趋势不变。为断路器设定固态开关分断时刻为0.6018ms，对于缓冲限压支路，设置MOV支路避雷器额定电压为17.0kV，在3.8kA陡波冲击电流(1μs/5μs)下的残压为6kV，仿真可知经过4.5ms后流过断路器的电流第1次下降为0A。因此断路器能够在5ms内快速开断故障电流，限制故障电流峰值，保护系统设备不被烧毁。

202：确定直流配电系统拓扑结构的仿真参数，仿真参数包括：直流电压等级、线路长度、极间电容、MMC变换器阀侧电感、MMC变换器滤波电容、MMC变换器桥臂电抗、线路电阻、线路电容、线路电感和负载电抗；

203：确定第一全控型换流器、第二全控型换流器、第三全控型换流器和第一单向换流设备的仿真参数，仿真参数包括：最大容量、交流电压、直流电压、子模块数目、可选子模块标称、子模块电容和桥臂电抗；

204：根据电弧电压-电流曲线确定机械开关模型支路的燃弧电阻；

205：当直流配用电系统发生短路故障后，发送触发信号到机械开关模型支路的机械开关，使得机械开关开断；

206：当固态开关模型支路中的固态开关开断后，发送导通信号到固态开关，使得固态开关导通；

207：当短路电流转移至固态开关模型支路，且机械开关两端的电压低于第一预设电压后，发送开断信号到固态开关，使得固态开关开断。

208：确定直流配电系统的边界状态及边界约束条件，并根据直流配电系统拓扑结构、边界状态和边界约束条件进行直流配电系统的仿真。

请参考图3,图3为设置不同极间电容值的仿真故障过程波形图。

分别设置极间电容值为1500、3000、4500、6000μF，得到故障过程波形，极间短路故障过程中极间电容通过故障点放电，因此极间电容越大短路峰值电流越高，相应的电流上升率也就越大，电压下降率越小，恢复瞬间电压峰值越高。

请参考图4,图4为设置不同限流电感值的仿真故障过程波形图。

分别设置限流电感值为1、2、4、20、200mH，得到故障过程波形，限流电感在故障时段近似于高频电抗，可以限制短路电流峰值，通过降低短路电流上升率，可以推迟短路电流峰值出现的时间，但是故障切除后的恢复电压峰值将会非常高。

请参考图5,图5为设置不同负载电阻值的仿真故障过程波形图。

分别设置负载电阻值为10、15、20、25Ω，得到故障过程波形，如果不考虑系统稳态电压或者电流恒定，那么负载电阻越大，系统稳态电流越小，稳态电压越高；无论稳态电流大小，故障发生以后，故障电流峰值均在7～9kV，达到峰值的时间也在10ms左右，因为短路故障发生以后负载电阻对于系统没有影响，但是故障电压、电流上升率随着负载电阻的增大而逐渐升高，故障电流峰值逐渐增加，故障切除瞬间，电压、电流上升率随着负载电阻的增大而增加，恢复电压出现振荡过程，振幅逐渐增大。

请参考图6,图6为设置不同线路电容值的仿真故障过程波形图。

分别设置线路电容值为0.075、0.15、0.30、0.60μF，得到故障过程波形，可以看到，线路电容的变化对于稳态电压和电流基本没有影响，故障瞬间电流上升率比较接近，但是没有明显的变化趋势，电压振幅随着线路电容的增加而减小。

请参考图7,图7为设置不同线路电阻值的仿真故障过程波形图。

分别设置线路电阻值为0.075、0.15、0.30、0.60Ω，得到故障过程波形，可以发现线路电阻对于稳态电压和电流几乎没有影响，随着线路电阻的增加，故障阶段电流峰值逐渐降低，电流和电压上升率逐渐下降；故障切除后，电压和电流上升率逐渐减小，电压峰值逐渐减小，电压振荡幅度也在逐渐减小。

以上是对一种直流配用电系统仿真方法的一个实施例进行的描述，下面将对用于一种直流配用电系统仿真装置的一个实施例进行详细的描述。

请参考图8，本发明实施例提供的一种直流配用电系统仿真装置，包括：

第一构建模块801，用于构建直流配电系统拓扑结构，拓扑结构包括：第一交流电源、第一开关、第一交流变压器、第一全控型换流器、第一电感、第一直流断路器、第一单向换流设备、第二全控型换流器、敏感负荷、交流微网、直流负荷、第一直流变压器、第一单向直流变压器、直流微网、第二直流断路器、第二电感、第三全控型换流器、第二交流变压器、第二开关和第二交流电源，其中，第一全控型换流器、第二全控型换流器、第三全控型换流器和第一单向换流设备具体为：MMC换流器，第一直流断路器和第二直流断路器包括：机械开关模型支路、固态开关模型支路和限压缓冲吸收模型支路，机械开关模型支路、固态开关模型支路和限压缓冲吸收模型支路并联连接，其中，限压缓冲吸收模型支路具体包括：RC缓冲吸收支路和金属氧化物压敏电阻限压支路，RC缓冲吸收支路与金属氧化物压敏电阻限压支路并联连接；

第一交流电源通过第一开关与第一交流变压器连接，第一交流变压器通过第一全控型换流器与第一电感连接，第一电感通过第一直流断路器与第一单向换流设备连接，第一单向换流设备与敏感负荷连接，第二全控型换流器与交流微网连接，第一单向直流变压器与直流负荷连接，第一直流变压器与直流微网连接，第一单向换流设备、第一全控型换流器、第一直流变压器和第一单向直流变压器依次串联连接，第一直流断路器与第二直流断路器连接，第二直流断路器通过第二电感与第三全控型换流器连接，第三全控型换流器与第二交流变压器连接，所述二交流变压器通过第二开关与第二交流电源连接；

第一确定模块802，用于确定直流配电系统拓扑结构的仿真参数，仿真参数包括：直流电压等级、线路长度、极间电容、MMC变换器阀侧电感、MMC变换器滤波电容、MMC变换器桥臂电抗、线路电阻、线路电容、线路电感和负载电抗；

第二确定模块803，用于确定第一全控型换流器、第二全控型换流器、第三全控型换流器和第一单向换流设备的仿真参数，仿真参数包括：最大容量、交流电压、直流电压、子模块数目、可选子模块标称、子模块电容和桥臂电抗；

第三确定模块804，用于根据电弧电压-电流曲线确定机械开关模型支路的燃弧电阻；

整定模块805，具体包括：

第一发送子模块8051，用于当直流配用电系统发生短路故障后，发送触发信号到机械开关模型支路的机械开关，使得机械开关开断；

第二发送子模块8052，用于当固态开关模型支路中的固态开关开断后，发送导通信号到固态开关，使得固态开关导通；

第三发送子模块8053，用于当短路电流转移至固态开关模型支路，且机械开关两端的电压低于第一预设电压后，发送开断信号到固态开关，使得固态开关开断。

第四确定模块806，用于确定直流配电系统的边界状态及边界约束条件；

仿真模块807，用于根据直流配电系统拓扑结构、边界状态和边界约束条件进行直流配电系统的仿真。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，系统和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种直流配用电系统仿真方法，其特点在于，包括：

构建直流配电系统拓扑结构，所述拓扑结构包括：线路、电力电子变换器，直流断路器和负载，其中，所述电力电子变换器具体为：MMC变换器，所述直流断路器包括：机械开关模型支路、固态开关模型支路和限压缓冲吸收模型支路，所述机械开关模型支路、所述固态开关模型支路和所述限压缓冲吸收模型支路并联连接；

确定所述直流配电系统拓扑结构的仿真参数，所述仿真参数包括：直流电压等级、线路长度、极间电容、MMC变换器阀侧电感、MMC变换器滤波电容、MMC变换器桥臂电抗、线路电阻、线路电容、线路电感和负载电抗；

确定所述电力电子变换器的仿真参数，所述仿真参数包括：最大容量、交流电压、直流电压、子模块数目、可选子模块标称、子模块电容和桥臂电抗；

根据电弧电压-电流曲线确定所述机械开关模型支路的燃弧电阻；

整定所述直流断路器的动作时序；

确定所述直流配电系统的边界状态及边界约束条件，并根据所述直流配电系统拓扑结构、所述边界状态和所述边界约束条件进行直流配电系统的仿真。

2.根据权利要求1所述的直流配用电系统仿真方法，其特征在于，所述构建直流配电系统拓扑结构，所述拓扑结构包括：线路、电力电子变换器，直流断路器和负载，其中，所述电力电子变换器具体为：MMC变换器；具体包括：

构建直流配电系统拓扑结构，所述拓扑结构包括：第一交流电源、第一开关、第一交流变压器、第一全控型换流器、第一电感、第一直流断路器、第一单向换流设备、第二全控型换流器、敏感负荷、交流微网、直流负荷、第一直流变压器、第一单向直流变压器、直流微网、第二直流断路器、第二电感、第三全控型换流器、第二交流变压器、第二开关和第二交流电源，其中，所述第一全控型换流器、第二全控型换流器、第三全控型换流器和第一单向换流设备具体为：MMC换流器；

所述第一交流电源通过所述第一开关与所述第一交流变压器连接，所述第一交流变压器通过所述第一全控型换流器与所述第一电感连接，所述第一电感通过所述第一直流断路器与所述第一单向换流设备连接，所述第一单向换流设备与所述敏感负荷连接，所述第二全控型换流器与所述交流微网连接，所述第一单向直流变压器与所述直流负荷连接，所述第一直流变压器与所述直流微网连接，所述第一单向换流设备、所述第一全控型换流器、所述第一直流变压器和所述第一单向直流变压器依次串联连接，所述第一直流断路器与所述第二直流断路器连接，所述第二直流断路器通过所述第二电感与所述第三全控型换流器连接，所述第三全控型换流器与所述第二交流变压器连接，所述第二交流变压器通过所述第二开关与所述第二交流电源连接。

3.根据权利要求2所述的直流配用电系统仿真方法，其特征在于，所述确定所述电力电子变换器的仿真参数，所述仿真参数包括：最大容量、交流电压、直流电压、子模块数目、可选子模块标称、子模块电容和桥臂电抗；具体包括：

确定所述第一全控型换流器、第二全控型换流器、第三全控型换流器和第一单向换流设备的仿真参数，所述仿真参数包括：最大容量、交流电压、直流电压、子模块数目、可选子模块标称、子模块电容和桥臂电抗。

4.根据权利要求3所述的直流配用电系统仿真方法，其特征在于，所述限压缓冲吸收模型支路具体包括：

RC缓冲吸收支路和金属氧化物压敏电阻限压支路，所述RC缓冲吸收支路与所述金属氧化物压敏电阻限压支路并联连接。

5.根据权利要求4所述的直流配用电系统仿真方法，其特征在于，所述整定所述直流断路器的动作时序具体包括：

当所述直流配用电系统发生短路故障后，发送触发信号到所述机械开关模型支路的机械开关，使得所述机械开关开断；

当所述固态开关模型支路中的固态开关开断后，发送导通信号到所述固态开关，使得所述固态开关导通；

当短路电流转移至所述固态开关模型支路，且所述机械开关两端的电压低于第一预设电压后，发送开断信号到所述固态开关，使得所述固态开关开断。

6.一种直流配用电系统仿真装置，其特点在于，包括：

第一构建模块，用于构建直流配电系统拓扑结构，所述拓扑结构包括：线路、电力电子变换器，直流断路器和负载，其中，所述电力电子变换器具体为：MMC变换器，其中，所述直流断路器包括：机械开关模型支路、固态开关模型支路和限压缓冲吸收模型支路，所述机械开关模型支路、所述固态开关模型支路和所述限压缓冲吸收模型支路并联连接；

第一确定模块，用于确定所述直流配电系统拓扑结构的仿真参数，所述仿真参数包括：直流电压等级、线路长度、极间电容、MMC变换器阀侧电感、MMC变换器滤波电容、MMC变换器桥臂电抗、线路电阻、线路电容、线路电感和负载电抗；

第二确定模块，用于确定所述电力电子变换器的仿真参数，所述仿真参数包括：最大容量、交流电压、直流电压、子模块数目、可选子模块标称、子模块电容和桥臂电抗；

第三确定模块，用于根据电弧电压-电流曲线确定所述机械开关模型支路的燃弧电阻；

整定模块，用于整定所述直流断路器的动作时序；

第四确定模块，用于确定所述直流配电系统的边界状态及边界约束条件；

仿真模块，用于根据所述直流配电系统拓扑结构、所述边界状态和所述边界约束条件进行直流配电系统的仿真。

7.根据权利要求6所述的直流配用电系统仿真装置，其特征在于，所述第一构建模块具体用于：

构建直流配电系统拓扑结构，所述拓扑结构包括：第一交流电源、第一开关、第一交流变压器、第一全控型换流器、第一电感、第一直流断路器、第一单向换流设备、第二全控型换流器、敏感负荷、交流微网、直流负荷、第一直流变压器、第一单向直流变压器、直流微网、第二直流断路器、第二电感、第三全控型换流器、第二交流变压器、第二开关和第二交流电源，其中，所述第一全控型换流器、第二全控型换流器、第三全控型换流器和第一单向换流设备具体为：MMC换流器，所述第一直流断路器和所述第二直流断路器包括：机械开关模型支路、固态开关模型支路和限压缓冲吸收模型支路，所述机械开关模型支路、所述固态开关模型支路和所述限压缓冲吸收模型支路并联连接；

所述第一交流电源通过所述第一开关与所述第一交流变压器连接，所述第一交流变压器通过所述第一全控型换流器与所述第一电感连接，所述第一电感通过所述第一直流断路器与所述第一单向换流设备连接，所述第一单向换流设备与所述敏感负荷连接，所述第二全控型换流器与所述交流微网连接，所述第一单向直流变压器与所述直流负荷连接，所述第一直流变压器与所述直流微网连接，所述第一单向换流设备、所述第一全控型换流器、所述第一直流变压器和所述第一单向直流变压器依次串联连接，所述第一直流断路器与所述第二直流断路器连接，所述第二直流断路器通过所述第二电感与所述第三全控型换流器连接，所述第三全控型换流器与所述第二交流变压器连接，所述第二交流变压器通过所述第二开关与所述第二交流电源连接。

8.根据权利要求7所述的直流配用电系统仿真装置，其特征在于，第二确定模块，具体用于：

确定所述第一全控型换流器、第二全控型换流器、第三全控型换流器和第一单向换流设备的仿真参数，所述仿真参数包括：最大容量、交流电压、直流电压、子模块数目、可选子模块标称、子模块电容和桥臂电抗。

9.根据权利要求8所述的直流配用电系统仿真装置，其特征在于，整定模块，具体包括：

第一发送子模块，用于当所述直流配用电系统发生短路故障后，发送触发信号到所述机械开关模型支路的机械开关，使得所述机械开关开断；

第二发送子模块，用于当所述固态开关模型支路中的固态开关开断后，发送导通信号到所述固态开关，使得所述固态开关导通；

第三发送子模块，用于当短路电流转移至所述固态开关模型支路，且所述机械开关两端的电压低于第一预设电压后，发送开断信号到所述固态开关，使得所述固态开关开断。

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