微电网仿真试验检测平台
微电网建模仿真研究及平台开发
微电网建模仿真研究及平台开发一、本文概述随着可再生能源的大规模并网和分布式电源的发展，微电网作为一种新型电力系统结构，正逐渐受到全球范围内的关注和研究。
微电网能够将分布式电源、储能装置、负荷和监控保护系统有机整合，形成一个自治、可控、可靠的小型电力系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤岛运行，从而有效提高了电力系统的灵活性和供电可靠性。
本文旨在对微电网的建模仿真研究及平台开发进行系统的梳理和总结，旨在为微电网的研究和应用提供理论支持和实用工具。
本文将首先回顾微电网的发展历程和现状，阐述微电网建模仿真的重要性及其在微电网设计、运行优化和控制策略制定中的应用价值。
随后，将详细介绍微电网建模的基本方法和常用工具，包括基于等效电路的建模、基于详细组件的建模以及基于仿真软件的建模等。
在此基础上，本文将深入探讨微电网仿真平台的关键技术，如多时间尺度仿真、动态特性分析、能量管理与优化等，并介绍相关算法和模型在仿真平台中的实现方式。
本文还将展示一个实际的微电网仿真平台开发案例，详细介绍平台的架构设计、功能模块划分、数据库建立以及用户界面设计等方面的工作。
通过该平台，用户可以方便地进行微电网的稳态和动态仿真，评估不同运行策略下的微电网性能，为微电网的规划、设计和运行提供有力支持。
本文将总结微电网建模仿真研究及平台开发的成果和不足，展望未来的研究方向和应用前景，以期推动微电网技术的进一步发展，为实现电力系统的可持续发展贡献力量。
二、微电网结构与特性分析微电网作为一种新兴的电力供应模式，其结构设计和特性分析是微电网建模仿真研究的基础。
微电网通常包含分布式电源、储能系统、能量管理系统、负荷以及保护与控制装置等多个组成部分。
这些组件通过合理的结构设计，共同构成了一个具有高度自治和灵活性的电力系统。
分布式电源是微电网的核心部分，包括风能、太阳能等可再生能源发电设备，以及柴油发电机等传统能源发电设备。
这些电源能够根据天气和负荷需求的变化，实时调整出力，保证微电网的稳定运行。
直流微电网实验平台监测系统
直流微电网实验平台监测系统摘要：现阶段，随着社会的发展，我国的电力行业的发展也有了前所未有的进步。
直流微电网故障的快速检测与切除是提高其运行可靠性的关键，电流差动保护可快速有选择地切除故障，但受短路阻抗影响较大，在高阻抗短路时可能拒动，从而无法切除故障。
文中以环形直流微电网为研究对象，提出基于母线功率变化率的差动保护，由母线两侧功率变化率作为差动量，在区内故障时，母线功率变化率差动值大于动作值，保护动作切除故障线路。
所提方法与短路电流的平方和短路阻抗成正比，可提高故障识别速度与保护灵敏度。
仿真结果验证了所提保护方案具有更好的速动性、灵敏性，提高了环形直流微电网的可靠性和稳定性。
关键词：直流微电网；实验平台；监测系统1 引言能源紧缺和环境保护等问题推动着分布式可再生能源微电网技术的不断进步。
微电网作为一个能够独立产生、消耗、存储及控制电能的运行在中低压网络的小功率发电系统，主要由分布式电源、储能系统、能量转换装置、监控和保护装置、交直流负荷等单元组成，与大电网之间通过静态开关可以实现并网运行或者孤岛运行。
微电网一般分为交流微电网、直流微电网和交直流混合微电网。
其中，直流微电网作为新的能源结网形式成为新的研究热点。
结构性能上，直流微电网与交流微电网相比，无相位同步、集肤效应、交流损耗、频率稳定性等问题，更加便于与光伏电池、蓄电池、电动汽车等直流电源或直流负载的连接。
运行控制上，直流微电网中只存在有功功率的平衡，无需额外考虑微电网系统的频率、相位、无功功率等问题，不仅降低了微电网的控制复杂程度，而且提高了供电电能质量。
2 监测系统功能需求目标本实验平台主要提供光伏发电监测、风力发电监测、储能（磷酸铁锂、超级电容）监测、电动汽车充放电实时监测、负载监测以及实验平台的整体监测等功能，能够让微电网既能在并网情况下正常运行，也能以“孤岛模式”运行。
2.1 光伏发电监测模块光伏发电监测模块可以对单个微型逆变器进行启停控制，从而实现光伏发电系统的调控。
微电网仿真示范实验室 虚实结合建设方案
微网数字物理混合仿真实验室需求客户想要建立一个微网仿真实验室，希望有一个微网的实时仿真器，能够实时地仿真微网孤岛运行和与主网并网时的运行情况。
整个系统还要兼顾虚实结合，把实验室建设前期已经搭建好的光伏发电与风电系统的实际硬件接入到仿真系统中，构成一个物理数字混合仿真平台。
同时，还希望整个平台有很好的开放性和拓展性，既能帮助进行新能源微网的科研项目，又能够完成学生实验教学的任务，方便后期实验室进行升级和再建。
微网系统拓扑组成与功能为了满足客户对包含新能源微电网的科研需求，远宽能源搭建了如下图所示的微网拓扑。
此微网系统中含有风力发电、光伏发电等分布式可再生能源；也有钒液流(VRB)电池储能系统——在和主电网并网运行时储存能量，在微网孤岛运行时的提供功率支撑；还包括了不同类型的负荷，如普通的居民负荷，以及电动汽车充电负荷等。
在微网系统运行起来后，初始状态是并网运行的。
用户可以将储能、光伏、风机等依次使能，对应地观察各个系统的行为，比如光伏发电系统的最大功率追踪以及风机通过调节系统转速如何实现最大风功率追踪等。
把微网切换到孤岛运行的模式，可以看到在储能系统的功率支援下，微网系统在孤岛运行时如何保持频率和电压的稳定。
当储能系统控制器把微网的频率稳定到50Hz附近后，还可以使用系统主动同步的功能，使得微网和主电网的相位同步，以最小的系统冲击重新并网。
基于StarSim和PXI的实时仿真方案项目选用StarSim+PXI作为微网系统实时仿真的平台，同时利用采集板卡将实际光伏发电与风电系统的电压电流信号采集并输入到微网仿真系统中。
整体的结构如下图所示：实际的硬件照片：总结与展望利用StarSim软件搭建的微网系统，包含了各种新能源系统运行的部分，同时将实际的光伏发电与风力发电设备纳入其中，构成了一个物理数字混合仿真平台。
配合实验室系统中心的组态监控系统，以及用StarSim软件为基础搭建的在线电力电子基础仿真实验平台，使整个微网仿真实验室在微电网运行展示、控制、研究和教学等方面都能发挥很好的功能。
微电网仿真与实验系统I.总体设计
ｓｍｕａｉｎ ａ ｄ ｔｓｉｇ ｓｓｅ ｗ ｓｄ ｖ ｌｐ ｄ，ｕ ｉｇｔｅ ＷＳ Ｃ （ ｓｅｎ Ｓ ｓｅ ｏ ｒｉａｉｇ Ｃｏ ｎ ｉ） 一ｅ ｅａｏ 一 ｉ ｌｔ ｎ ｅｔ ｙ ｔｍ ａ ｅ ｅｏ ｅ ｏ ｎ ｓｎ ｈ Ｃ Ｗｅｔｒ ｙｔｍｓＣ ｏｄｎ ｔ ｕ ｃｌ ３ ｇ ｎ ｒｔｒ９ ｎ
（ 上海 交通 大学 国家能 源智 能 电 网（ 上海 ） 研发 中心 ， 海 ２ ０ ４ ） 上 ０ ２ ０ 摘 要 ： 设计 、 学建 模 、 真 等 方 面研 究 了微 电 网仿 真 与 实验 系统 ，在 微 电 网 从 数 仿
模 型 基 础 上 ， 用 美 国 西 部 联 合 电 网 （ ｓ ｒ Ｓ ｓ ｍｓＣ ｏｄｎｔ ｇＣ ｕ ｃ ， Ｃ 采 Ｗｅｔ ｎ ｙｔ ｏｒｉａ ｎ ｏｎ ｉ ＷＳ Ｃ） ｅ ｅ ｉ ｌ ３机 ９ 节 点 系统 作 为 标 准 输 电 网 模 型 ， 合 硬 件 仿 真 实 验 平 台 ， 发 出微 电 网 仿 真 结 开
与 实验 系 统 。 该 系 统 包括 风 力 发 电 系 统 、 伏 发 电 系统 、 网 接 入 系 统 、 拟 输 配 光 并 模
电 系统 、 荷 和 仿 真 实验 平 台 。研 制 的 仿 真 及 实 验 系统 能 够 稳 定 可 靠 运 行 ， 验 证 负 实
实 了模 型 的正 确性 。应 用表 明 ， 系统设 计 合 理 、 能 完善 ， 方 面 性 能 能够 满 足 微 功 各
Ａ Ｍｉｒ ｉ ｉ ｌｔ ｎ ａ ｄ Ｔ ｓ ｉｇ Ｓ ｓ ｅ ｃ ｏ Ｇｒ Ｓ ｍｕａ ｉ ｎ ｅ ｔ ｙ ｔ ｍ Ｉ Ｇｅ ｅ ａ ｓｇ ｄ ｏ ｎ ． ｎ ｒｌ Ｄｅ ｉｎ
Ｘ Ｅ Ｄ ， Ｇ ｕ ｅ Ｘ ａ ， Ａ ｉｎ Ｚ Ａ ＧＭｉ ＪＮ Ｚ ｉｉｎ ／ ａ Ｕ Ｙ － ， Ｕ Ｔ ｏ ｉ ｆ Ｉ ａ， Ｈ Ｎ ｎ Ｑ ｇ， ｌ ｈ－ａ ｊ
e-Labsim产品介绍
e-Labsim 仿真型实验平台简要介绍简述：武汉凌特电子技术有限公司 e-Labsim 仿真型实验平台是一套根据教学的需要，兼顾一般仿真型开放实验室优势，运用先进的虚拟仿真技术，将实际的硬件设备通过虚拟化，在PC 机上实现与硬件相同的功能及操作方式；在此基础上，利用软件上的优势，进行了灵活的扩展与二次开发，并集成多种虚拟仪器的综合的仿真型开放实验平台。
总而言之，e-Labsim 仿真型实验平台是一种虚拟的实验环境和平台，但其又不同于普通的“虚拟实验室”的概念，独有的“仿真引擎”技术，同时应用了当今流行的CSDA 的网络架构及软件架构，实现实验室的创新开放。
一、产品图片注：实验连线界面注：虚拟示波器界面仿真软件界面管理系统界面二、产品架构e-Labsim仿真型实验平台当然也是一种虚拟的实验环境和平台，但其又不同于普通的“虚拟实验室”的概念，为了能做到实验室的开放以及让学生进行创新实践，在产品实现方面，我们主要采取了几个方面的思路和方案：1）建立真实完整的实验对象的数学模型，让学生在虚拟环境下感受到的是真实的实验环境；2）将实验对象按知识体系切割为一个个独立的模块，学生可以按照自己的意愿将各模块以不同的方式进行组合以搭建出不同的功能实体或系统；3）每一个模块的相关参数是可以按照学生的意愿来进行自由调节的；e-Labsim仿真型实验平台主要由六大部分构成，具体如下：1）模块级仿真子系统；2）创新实践子系统；3）教学管理子系统；4）实验子系统；5）虚拟仪器子系统；6）Matlab接口调用子系统；三、产品特色直观的用户界面e-Labsim仿真型实验平台能完整模拟硬件外观以及行为，真正将硬件实验设备的外观及功能全部融入仿真平台，融合通信专业的基础及专业课程，使整个操作界面就像一个完整的个人通信实验室。
所有实验模块和测试设备具有与实际硬件一样的使用感受，使用鼠标就可以轻松完成对模块及设备上的所有开关，旋钮及菜单的操作，操作界面和实验效果与实际设备完全一样。
微电网电气实验室基本组成结构
微电网电气实验室基本组成结构面向各大高校电气实验室及电网科研机构，北京群菱研发生产了用于教学实验研究的智能微电网实验室解决方案。
群菱能源“微电网电气实验室工程全面解决方案”，按照标准化的设计和施工流程、规范化的运作提供高度可靠的实验室建设，包括实验室建筑布局和装修系统、空气调节、通风、给排水、气体供应、电气工程、安全集中监控系统和配套辅助设备、用户培训、维护服务等部分组成。
群菱能源“微电网电气实验室工程全面解决方案”整合了设备供应商、工程承包商及系统集成服务提供商的综合能力，确保实验室系统的安全和规范，用户无需对系统的细节问题作过多考虑，所有工作都将由北京群菱帮助您统一解决。
北京群菱承接各类电气实验室建设与系统集成服务，实验室可以满足以下产品检测：储能变流器、光伏并网\离网逆变器、充电机\充电桩、交直流电能表、调容变压器、微电网产品、直流配网产品。
北京群菱公司具备为以上产品提供鉴定检测与研究实验平台搭建的技术能力与成功经验，提供试验平台的系统集成服务，检测平台操作软件定制开发工作，满足产品型式试验与科研开发。
北京群菱将会在本文内对微电网实验室基本组成结构来进行一一解读。
电力系统动态模拟实验平台能够模拟110kV及以下多个电压等级的含多种分布式电源的配电网，平台系统网架可灵活改变，并能模拟配电网中各种类型故障和运行工况。
配电网物理模拟实验室的建设采用总体规划、分期实施的原则，为新能源研究留有接口。
平台一次设备可模拟10kV电压等级的多条输配电电缆和架空线路、模拟10kV等级变压器、故障模拟系统、模拟无穷大电源系统、模拟静止负荷和旋转电机负荷等，系统特性与原型一致，大小与原型成模拟比例，相互之间功率匹配。
微电网仿真试验研究平台北京群菱的微电网仿真试验研究平台，可以满足交直流混合微电网的关键设备检测、功能性验证试验、能量调度管理及控制策略研究，多个微电网之间的相互影响及调度控制技术研究。
微电网仿真试验研究移动平台，内置有试验设备、检测仪器、控制室，铁锂电池组，已经应用于中国电力科学研究院，移动式可以满足接入到各种现场实施研究试验，可以灵活接入已有分布式发电系统，有针对性开展微电网技术研究。
电力系统虚拟仿真实验平台设计与实现
电力系统虚拟仿真实验平台设计与实现随着科技的进步和电力行业的发展，电力系统的虚拟仿真实验平台应运而生。
这种平台可以模拟真实的电力系统运行环境，通过虚拟仿真技术，对电力系统的运行进行实时模拟和监测，提供有效的实验与培训手段。
本文将详细介绍电力系统虚拟仿真实验平台的设计与实现。
一、设计目标为了满足电力系统的教学和研究需求，电力系统虚拟仿真实验平台应具备以下设计目标：1. 实时仿真：平台能够实时模拟电力系统的各种运行情况，包括电压、电流、功率等参数的计算和显示。
2. 多场景支持：平台应支持各种电力系统的仿真实验需求，包括电力传输、配电、短路、过电压等多种场景。
3. 灵活可调：平台能够根据用户需求进行参数调整，包括电力系统元件的连接方式、参数设置等。
4. 数据可视化：平台具备数据可视化功能，能够通过图表、曲线等方式直观展示电力系统运行结果。
5. 用户友好：平台的操作界面简单直观，用户可以轻松上手，进行实验仿真操作。
6. 可扩展性：平台应具备良好的扩展性，能够根据需求增加新的电力系统场景和功能。
二、平台实现1. 软件选型：平台的设计与实现可以选择使用MATLAB、PSIM等仿真软件进行开发。
这些仿真软件具备强大的仿真能力和用户友好的界面，适合电力系统虚拟仿真平台的开发和实现。
2. 前端设计：平台的前端设计是用户与平台进行交互的界面，应该具备良好的用户体验和友好的操作界面。
界面上可以包括电力系统的拓扑结构、元件的图示、参数的设置和实时模拟结果的显示等功能。
3. 后端开发：平台的后端开发是实现电力系统运行的核心部分。
通过编程语言如Python或MATLAB，可以实现电力系统的计算和数据处理，如节点电流计算、矩阵运算等。
后端开发还可以实现电力系统的仿真参数调整、故障注入等功能。
4. 数据库设计：为了保存和管理用户的实验数据和结果，需要设计数据库进行数据存储和查询。
数据库可以使用MySQL、SQLite等关系型数据库进行设计，并通过编程语言的API进行数据的读写操作。
(完整版)微电网标准体系
微电网标准体系建设微电网在全国范围发展迅速，亟需标准化工作给予技术支撑和规范。
微电网改变了电力系统在中低压层面的结构和运行方式。
与微电网的电网运营企业和设备供应商们熟悉的传统原则受到挑战。
迫切需要国家层面的标准化工作支撑，很多时候我们一些供电原则、保护原则等受到挑战，迫切需要从国家层面标准化工作的支撑，必须要有国标才方便管理层面，甚至政府、法院认可的程度。
微电网的标准体系急需统一的规划和顶层设计，微电网和分布式电源并网涉及发电、电网、用户等多个领域，系统复杂性突出。
需要将微电网作为一个相对独立单元，对相关技术领域开展系统分析。
对不同应用场景下微电网、分布式电源功能进行定位和系统边界区分。
从系统的角度辨识标准缺失和可能出现的重复甚至矛盾的地方，识别亟需制定的标准，制定微电网标准化路线图和标准体系。
这是我们标委会在做的工作。
目前定的标准，包括微网建模及仿真、微网并网、微源接入微网、微网规划设计、微网运行特性测试、微网调试及验收、微网运行维护、微网内发电侧管理、微网内需求侧管理、微网内储能管理、微网保护、微网信息与通讯、微网监控系统功能、微网黑启动、微网运行评价。
在标准领域都有很多工作急需要做，没有这些标准支撑很难形成大规模网站化推广。
针对微电网建设的难题，北京群菱专注于微电网研究试验平台的开发，推出多个微电网实验平台：1.微电网仿真试验研究平台2.微电网监控及能量调度管理系统3.微电网电缆阻抗模拟系统4.多源互补智能微电网供电系统5.开放式交直流电力电子研究与试验平台以上平台均为群菱能源专业设计制造，详细技术方案请联系群菱获取。
试验平台可以满足交直流混合微电网的关键设备检测、功能性验证试验、能量调度管理及控制策略研究、微电网之间的相互影响及调度控制技术研究、微电网储能研究以及风光储科学配比优化研究与高渗透率研究。
群菱能源微电网仿真实验室成功案例：中国电科院“先进配电自动化与配电网优化控制联合实验室”、“电力需求侧管理和智能用电仿真实验室”,中科院电工研究所“多能互补发电系统运行和保护性能测试系统”,国网智能电网研究院“交/直流电网物理仿真试验平台”,河南电科院“智能配电网新能源接入研究平台”,浙江工业大学“智能微电网试验、测试与储能系统”,南昌大学“微电网仿真模拟试验平台”等数十家科研院所，为我国微电网标准体系建设贡献出一份力量。
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微电网仿真试验研究平台
微电网是由各类分布式发电系统、储能系统和负荷等组成的可控型微型电力网，为了满足负荷的不断增长和消除分布式能源接入的不利影响，而在传统配电网基础上发展而来的。
目前微电网的研究工作也正处于迅速发展的时期，微电网仿真试验是微电网开展研究工作必备手段。
北京中电建投的微电网仿真试验研究平台，可以满足交直流混合微电网的关键设备检测、功能性验证试验、能量调度管理及控制策略研究，多个微电网之间的相互影响及调度控制技术研究。
北京中电建投的微电网研究试验移动平台，内置有试验设备、检测仪器、控制室，铁锂电池组，已经应用于中国电力科学研究院，移动式可以满足接入到各种现场实施研究试验，可以灵活接入已有分布式发电系统，有针对性开展微电网技术研究。
微电网仿真试验研究平台的主要作用与功能：
1.研究微电网相关技术与关键设备，满足微电网关键设备入网检测与功能性验证；
2.开展微电网规划研究、架构研究与配置研究，控制消除分布式发电系统对配电网的影响；
3.研究微电网相关控制技术与控制算法、交直流混合微电网多种控制策略研究；
4.研究交直流混合微网仿真运行，直流母线微电网与交流母线微电网并联/独立运行模式以及控制策略技术研究；
5.能量管理与调度控制的研究，微电网储能研究、风光储科学配比优化研究与高渗透率研究。
群菱生产并具备有以下产品的核心技术：
1.风力发电机模拟器：可以模拟双馈或直驱风力发电机组并网接入特性，满足控制策略研
究及功能验证
2.柴油发电机模拟器：工作时无需加柴油，无噪声，不排废气，是研究柴油发电机组接入
微电网的必备
3.电缆阻抗模拟装置：模拟各类电缆长度的阻抗特性，是研究新能源并网接入、继保控制
程序开发必配
4.短路故障模拟装置：可以模拟相相短路故障、相地短路故障，短路电流可选择
5.非线性负荷模拟装置：满足非线性负荷、谐波负荷、冲击负荷的模拟，加载时间与负荷
曲线可以预先设定
6.可编程交流负载：各种交流负荷模拟，共有21个标准产品RLC负载、RCD负载、RL
负载、RC负载可供选择, 负荷曲线及加载时间可以预先设置并自动运行
7.可编程直流负载：可以精确模拟直流负荷特性，负荷曲线及加载时间可以预先设置并自
动运行，直流负荷全工况模拟
8.谐波闪变测量阻抗模拟系统：提供符合IEC61000-3-3、IEC61000-3-11 、VDE4105
（30°、50°、70°、85°）标准要求的不同阻抗值
9.保护时间自动测量仪：应用于各种电气实验室，过欠压、过欠频、并离切换时间自动测
量，直接显示
10.微电网中央控制器：具备完善的微电网多目标优化控制、协议转换、数据采集、测量、
保护、控制与监视功能，是一款开放的控制器，可以通过软件手动配置实现任意添加于删除所要控制设备
11.微电网监控及能量调度管理系统：组态灵活，具有可维修性和可扩充性与稳定性，并网
/离网切换管理
12.其他具备技术优势产品服务：电池模拟器、光伏模拟器、电网模拟器、燃气机发电模拟
器、谐波发生器、有源滤波器APF、DC/DC模块、可快速改变拓朴结构的组态柜、试
验数据自动记录及采集仪器、试验平台的系统集成服务等。