实现对新能源发电柔性直流接入下的交直流电力系统动态模拟，模拟不同工况条件下的系统静态、稳态和暂态特性，实现对系统特性的分析与测试，并可进行交直流电网运行控制的分析与测试。

1. 交直流动模装置包括四端柔性直流换流站、恒功率/恒阻抗/恒电流交直流负荷、可重构的交直流联络母线系统、交直流线路、直流潮流控制器、交流电网与变电站模拟、运行控制与调度系统； 2. 可搭建多类型拓扑结构，模拟直流环网、放射状拓扑等结构，以及直流单极、双极系统结构，进行交直流电网动态模拟仿真； 3. 系统容量100kVA；交流系统额定电压380V/AC，额定频率50Hz；直流系统具备750V/DC 以及1000V/DC 两种电压等级； 4. 6 节点交流系统,交流接线方式：三相五线制；4 节点直流母线，线路可以模拟最大750 米，线路连接方式灵活且分段可调节,可灵活配置接地方式； 5. 各动模装置采用模块化设计，接线便捷，扩展灵活；配置安全接地、保护等功能； 6. 支持EtherCAT 总线、RS485、CAN 总线等通讯协议；控制系统通讯时延100ms； 7. 可以模拟交直流电网故障时的开关动作，以及故障后的恢复运行控制； 8. 具备自动化监控功能，可以模拟交直流电网的优化运行控制，对优化运行技术进行仿真验证。

随着DG、储能装置和直流负荷的逐步渗透与现有交流系统的广泛存在，交直流混合微电网将是今后发展的必然趋势。主要分析交直流混合微电网中现存的问题并对未来进行展望。

(1)现有的交直流混合微电网研究主要针对典型的交直流混合微电网结构，未来的交直流混合微电网中将包含多条不同等级的交流母线和直流母线，多条母线之间的协调控制与功率管理将是今后研究的热点问题。

(2)未来的交直流混合微电网中，连接DG的电力电子装置、储能装置以及非线性负荷等导致的电能质量问题是一个重要课题。谐波、三相不平衡和电压的凹陷/膨胀等问题在配电网中备受关注，不久的将来电能质量问题将更加严峻。因此，研究辅助装置(如无功补偿，电压不平衡补偿，谐波补偿，功率因数校正等)在交直流混合微电网中的应用将是未来研究的新方向。

(3)经济性能是交直流混合微电网设计与运行的重要指标，虽然微电网相比于传统电网，在某些地区由于成本更高、用电需求多变等因素，经济性欠佳，但是随着大电网的支持作用与辅助装置成本的降低，交直流混合微电网具有更大的发展前景。不过，经济风险问题是大规模微电网渗透所需解决的必要因素。

(4)电源管理系统与单元控制策略需要确保交直流混合微电网在并网、孤岛与瞬时切换3种状态下都能稳定运行，尤其是并网和孤岛运行模式之间的过渡应该无缝和光滑。其次，需求侧响应与大电网的多时段电价等市场条件都对交直流混合微电网的运行产生不同的影响。研究主要针对某一方面调研，实际的微电网运行是一个长期的综合过程，因此，未来的研究应充分考虑多种因素。

(5)交直流混合微电网的自治管理离不开相应的通讯系统。己有的交直流混合微电网都采用简单的集中通讯或分布式通讯系统，但对其通讯系统未深入探讨。通讯系统的可靠性、安全性、鲁棒性和经济性是选择通讯技术和设计通讯拓扑需进一步考虑与研究的课题。

(6)交直流混合微电网的应用离不开保护装置的成熟应用，然而现阶段的交直流混合微电网的保护技术研究才处于起步阶段，开发具有灵活可靠的直流断路器成为未来研究的重点。2100433B

交直流混合微电网交直流混合微电网拓扑结构

微电网从交流母线和直流母线的配置角度，可分，为交流微电网、直流微电网和交直流混合微电网。交直流混合微电网因其兼备交流微电网与直流微电网的优势，能更好促进DG的消纳，同时可以提高经济效益，是微电网发展的趋势。交直流混合微电网的典型结构包括各自独立连接运行的直流微电网系统和交流微电网系统以及双向变流器，如右图1所示。图中：DG代表各类分布式电源，如光伏、风机、燃料电池、微型同步电机等；ESS代表储能装置，如蓄电池、超级电容器等，各电力电子装置根据母线类型和控制要求选择类型。该交直流混合微电网内部由各单元在其交流子微网或直流子微网内按照各自原则并联构成，外部由四象限运行的换流器连接，整个混合微电网由交流母线通过馈线并入电网。本质上，交直流混合微电网结构是在交流微电网的基础上发展而来，其核心为交流微电网系统中的交流母线，承担整个系统的连接反馈作用。而直流微电网子系统可视为逆变器作用下的特殊DG，其重点是维持直流母线电压稳定，以确保供电可靠。

图25交直流混合微电网的典型结构

考虑传统交流与直流微电网的网架结构，交直流混合微电网可以设计为辐射型、双端供电型、分段联络型、环型等拓扑结构。辐射型微电网结构简单，对控制保护要求低，但供电可靠性较低。两端供电型与辐射型配电网相比，当一侧电源发生故障时，可以通过操作联络开关，由另一侧电源供电，实现负荷转供，提高整体可靠性。环型微电网相比于两端供电型，可实现故障快速定位、隔离，其余部分电网可像两端供电型运行，供电可靠性更高。构建交直流混合微电网网架时，根据供电可靠性与经济性的不同要求，选择最合适的网架结构。

交直流混合微电网运行方式相比于单一系统的微电网而言更加灵活，可以最大程度地满足就地消纳资源、响应负荷需求等微电网规划设计的个性化需要，但同时对于技术要求偏高，现阶段而言，要将混合微电网模式大面积应用于实际电网市场还需要很长的过程。

交直流混合微电网分布式电源容量配置

交直流混合微电网的拓扑结构是微电网设计之初考虑的问题，当微电网结构设计合理完备后，交直流混合微电网的容量配置问题亚需解决。相比于传统大电网，交直流混合微电网由于DG与储能装置的存在，容量配置问题更加复杂:DG的随机性、波动性受地理环境影响较大;蓄电池的寿命增加了容量配置的约束条件。

交直流混合微电网的容量配置主要分为4部分：（1）资源、负荷、地理环境的调研与微电网网络结构的确定；（2）设备型号与设备数量的选择；（3）容量配置最优化模型的建立；（4）优化求解。容量配置最优化模型的建立主要分为目标函数的选取与约束条件的确定，目标函数主要分为可靠性指标与经济性指标2类，约束条件主要考虑系统运行约束、备用容量、蓄电池充放电约束等。容量配置优化模型的求解主要分为解析法和智能算法，由于智能算法具有计算简单、鲁棒性强、约束限制较少等优点，主要采用智能优化算法进行求解，典型代表有遗传算法、粒子群优化算法和模拟退火算法。

国内外针对微电网容量优化配置的研究主要集中在孤立微电网容量配置研究，重点研究容量配置优化模型的建立和智能算法的改进。同时，国外还开发了可用于研究微网(太阳能/风能微网)容量优化配置的软件，例如Hybrid2软件和HOMER软件。但是，近年来关于并网微电网的容量配置研究比较少，同时微电网容量配置问题的研究主要针对具体的情况，目标函数与约束条件纷繁错杂，未能形成统一的标准，因而缺少对交直流混合微电网整体的研究。

交直流混合微电网稳定性

电力系统的稳定性是指特定运行条件下的电力系统，在受到扰动后，重新恢复运行平衡状态的能力，根据性质的不同主要分为功角稳定、电压稳定和频率稳定。相比于传统电网，交直流混合微电网，增加了直流子微电网的稳定性问题，主要是电压稳定问题。同时大量DG的不确定性影响和大量电力电子装置导致的低惯量性都导致交直流混合微电网的抗干扰能力减弱，系统稳定性问题更加复杂。

交直流混合微电网的稳定性问题可对并网运行模式和孤岛运行模式分别进行分析：并网模式下，由于大电网的支撑作用，主要考虑直流子微电网母线电压稳定问题，通过对应控制方法实现电压稳定；孤岛模式下则既要考虑直流子微电网的电压稳定问题，又要考虑交流子微电网的电压、频率、功角稳定问题。国内外对交直流微电网稳定性的综合研究较少，主要涉及微电网的小信号干扰稳定、暂态稳定，主要保持电压和频率的稳定。但是，国内外研究主要采用简化的DG和负荷模型，忽略了DG的多样性和波动性以及非线性负荷和感应电动势负荷的影响，缺少对交直流混合微电网稳定性判据的建立。

交直流混合微电网可靠性

电力系统的可靠性评估分为发电系统可靠性评估、输电系统可靠性评估和配电系统可靠性评估。与传统的电力系统相比，交直流混合微电网由于大量DG的接入，使其可靠性评估相比传统电力系统更加复杂，主要集中在发电系统可靠性评估和配电系统可靠性评估，以及可靠性评估指标等方面。

国内外对交直流微电网可靠性研究还处于起步阶段，主要集中在DG可靠性模型的建立含DG微电网的可靠性评估、含DG的配电网可靠性评估书以及新的可靠性指标的提出等。研究内容侧重于微网中的DG和负荷，缺少对微电网内部结构和大量复杂源、储、负荷的考虑。同时，对于交直流混合微电网，交流子微电网和直流子微电网2个系统的互联也使可靠性的分析难度增大，国内外研究也相对较少。

交直流混合微电网安全性

电力系统的安全性是指电力系统突然发生扰动(例如突然短路或非计划失去电力系统元件)时不间断地向用户提供电力和电量的能力。与传统电网相比，交直流混合微电网因其环境的复杂性、DG出力的不确定性、负荷的随机性等，安全性评估在安全性影响因素的分析、评价指标(内部网架结构、容量、电压、频率，DG的出力等)的选择方面更加困难。

国内外对于交直流混合微电网安全性研究的文章相当缺乏，少数涉及综合评价体系与独立微电网安全性分析。独立微电网的综合评价方法主要有主观赋权评价法(层次分析法、模糊综合评价法、德尔菲法等)、客观赋权法(嫡权法、灰色关联度分析法、TOPSIS评价法、神经网络等)和组合方法。

交直流混合微电网的安全性研究是交直流混合微电网实现的必要条件，因此安全性评估仍需要大量的研究工作。

交直流混合微电网经济性

交直流混合微电网除了要考虑其稳定性、可靠性和安全性，还需要分析其经济性指标。经济性评估主要分为3个方面：微电网规划设计阶段的经济性评估、微电网运行时的最优化管理和微电网优化调度问题。微电网规划设计阶段的经济性评估分析主要通过投入产出法、全生命周期和区间分析法来考虑成本指标(等年值设备投资费用、等年值运行维护费用等)和效益指标(利润净现值、投资回收期等)。微电网运行最优化管理主要通过目标函数(利润、最低成本等)和约束函数的建立，来管理系统的功率潮流；微电网的优化调度问题除了需要考虑发电成本问题，还需要结合大电网的实时电价、DG的出力不稳定性和机组组合的环境效益，增加了电网调度的难度。

国内外对微电网规划设计阶段的经济评估研究比较少，主要采用全生命周期分析法分析其规划效益；而交直流混合微电网优化管理与优化调度研究相对比较丰富。优化调度主要涉及交直流混合微电网孤岛运行模式的经济调度、多目标问题的处理和约束条件的线性化、负荷角度的优化等方面的研究，但其内容侧重于算法的改进与模型的搭建，所设计的网络结构也较为单一，未考虑交流微电网与直流微电网的互联等问题。

交直流混合微电网的性能评估伴随着网络拓扑设计与容量配置，根据不同的性能要求设置合理的稳定性、可靠性、安全性与经济性权重因子，来构建交直流微电网以满足电力需求。