海上风电场并网的轻型直流输电实验系统

摘要

一种机电技术领域的海上风电场并网的轻型直流输电实验系统，包括：两个风电场装置、五个变压器、五个开关控制装置、工控机、五个高通滤波装置、五个直流接触器和五个变流装置，其中：所述的开关控制装置包括：交流接触器、门极可关断晶闸管和接地电阻；所述的变流装置包括：电平全控桥单元、直流电容、换流电抗器、驱动单元、检测单元、保护单元和控制单元。本发明通过接触器的切换可以模拟轻型直流输电的各种主要应用领域，具有通用性，避免实际应用场合的变化而导致的重复开发。采用DSP处理器为控制核心，处理速度快；采用工控机作为上位机，可实现数据记录分析及友好的人机界面；采用小容量器件，体积小，成本相对低，便于安装和实施。

权利要求

1.一种海上风电场并网的轻型直流输电实验系统，包括：两个风电场装置、五个变压器、五个变流装置、工控机和五个高通滤波装置，其特征在于，还包括：五个开关控制装置和五个直流接触器，其中：第一风电场装置与第一变压器相连传输电能，第二风电场装置与第二变压器相连传输电能，第一变压器与第一开关控制装置相连传输变压后的电能，第二变压器与第二开关控制装置相连传输变压后的电能，第一开关控制装置与第一变流装置相连传输控制信息，第二开关控制装置与第二变流装置相连传输控制信息，第一变流装置与第二变流装置相连，第二变流装置与第三变流装置相连，第三变流装置与第四变流装置相连，第四变流装置与第五变流装置相连，第五变流装置与第一变流装置相连，第一直流接触器的一端与第一变流装置相连，第一直流接触器的另一端与第三变流装置相连，第二直流接触器的一端与第二变流装置相连，第二直流接触器的另一端与第四变流装置相连，第三直流接触器的一端与第三变流装置相连，第三直流接触器的另一端与第五变流装置相连，第四直流接触器的一端与第四变流装置相连，第四直流接触器的另一端与第一变流装置相连，第五直流接触器的一端与第五变流装置相连，第五直流接触器的另一端与第一变流装置相连，第三变流装置与第三开关控制装置相连，第三开关控制装置与第三变压器相连，第四变流装置与第四开关控制装置相连，第四开关控制装置与第四变压器相连，第五变流装置与第五开关控制装置相连，第五开关控制装置与第五变压器相连，第三变压器与第一电网相连传输电能，第四变压器与第二电网相连传输电能，第五变压器与无源网络相连传输电能，每个变压器的二次侧分别连接一个高通滤波装置，高通滤波装置的另一端接地；

每个开关控制装置均包括：交流接触器、门极可关断晶闸管和接地电阻，其中：交流接触器的一端与门极可关断晶闸管的一端相连后共同作为开关控制装置的一端，接地电阻的一端与门极可关断晶闸管的另一端相连，接地电阻的另一端接地，交流接触器的另一端作为开关控制装置的另一端。

2.根据权利要求1所述的海上风电场并网的轻型直流输电实验系统，其特征是，每个风电场装置均包括：发电机和发电调速器，其中：发电调速器的输入端与电网相连传输电能，发电调速器与发电机相连传输调速的电能，发电机与变压器相连传输电能。

3.根据权利要求1所述的海上风电场并网的轻型直流输电实验系统，其特征是，所述的工控机设置有数据采集卡。

4.根据权利要求1所述的海上风电场并网的轻型直流输电实验系统，其特征是，每个高通滤波装置均包括：三相星型电容和电感，其中：电感的一端与变压器的二次侧相连，电感的另一端与三相星型电容相连，三相星型电容接地。

5.根据权利要求1所述的海上风电场并网的轻型直流输电实验系统，其特征是，每个变流装置均包括：电平全控桥单元、直流电容、换流电抗器、驱动单元、检测单元、保护单元和控制单元，其中：直流电容并联于电平全控桥单元的直流端口，换流电抗器与电平全控桥单元的交流端口相连，驱动单元、检测单元和保护单元分别与电平全控桥单元相连传输电流电压信号，驱动单元、检测单元和保护单元分别与控制单元相连传输触发脉冲信号、电流电压信号和故障信号，控制单元和工控机相连传输运行状态信息和指令信号。

6.根据权利要求5所述的海上风电场并网的轻型直流输电实验系统，其特征是，所述的控制单元是基于PI调节器的双闭环和矢量控制实现的。

说明书

海上风电场并网的轻型直流输电实验系统

技术领域

[0001] 本发明涉及的是一种机电技术领域的系统，具体是一种海上风电场并网的轻型直流输电实验系统。

背景技术

[0002] 轻型直流输电技术是基于VSC(电压源换流)技术和GTO(门极可关断晶闸管)或IGBT(绝缘栅双极晶体管)等全控型功率器件，与传统的直流输电技术相比较，具有以下优点：1)VSC电流能够自关断，可以工作在无源逆变方式，不需要外加换相电压，从而克服了传统直流输电受端必须是有源网络的根本缺陷，使利用直流输电技术为远距离的孤立负荷送电成为可能。2)正常运行时VSC可以独立控制有功和无功功率，控制更加灵活方便，而传统直流输电的控制量只有触发角，不可能独立地控制有功和无功功率。3)VSC不需要交流侧提供无功功率，电网出现故障时，系统可以向故障区域提供有功功率，同时，还可以提供无功功率支持，从而提高了系统的电压和功角稳定性。4)VSC通常采用脉宽调制PWM控制技术，开关频率较高，通过并联高通滤波器就可以获得光滑的电流波形和所需交流电压，无须配置专门的换流变压器，所需滤波装置的容量也大大减小。

[0003] 针对大规模海上风电场并网轻型直流输电系统，通常在风电场侧和电网侧分别采用一台大容量变流器，与直流输电电缆连接，实现海上风电传输与并网，分别经过整流和逆变两个环节最终接入电网。对于小型风电场可采取直接将逆变后的电能输送给无源负载，如海上钻井平台、孤岛终端用户等。若要将多个不同地理位置的风电场与电网互联，则需要通过多端直流输电技术，此时，采用的控制方式更为灵活，并能够根据系统实际运行需要，使得变流器运行在整流状态或逆变状态。

[0004] 相对于各种连接方式，所采用的控制方法也各不相同。并网运行，通常采取一端为定直流电压、另一端为定有功功率的控制方法，无功功率由两端变流器分别独立控制；向无源负载供电，一般采用定频率或定交流电压幅值控制方式。多端系统互连，采用的控制方式较为灵活，可以根据实际工况切换各种控制方式。变流器通常采用双闭环矢量控制方式，分为内环和外环，其中，内环为电流闭环前馈解耦控制，有功电流、无功电流分别跟踪外环给定值；外环则根据所采用的控制方式，由PI调节器控制系统，跟踪给定值。

[0005] 经对现有技术文献的检索发现，Yanping Gao等人在Second International Workshop on Knowledge Discovery and Data Mining学术会议上发表的Development and Research of HVDC Light System Based on DSP(基于DSP的轻型直流输电研究和发展)设计了一种基于IPM模块的轻型直流输电试验系统，该系统利用DSP2812数字信号处理器，将检测电路、触发电路和控制方法集成于一体，能实现对两电平全控桥的基本控制。但该方案对于实际产品验证和测试还存在以下缺点：1)试验装置的设计方案中只针对单一控制目标和系统设计，缺乏通用性，不能完成对实际产品各项性能的测试，没有数据采集接口，不利于试验数据的采集和分析；2)没有预留通信接口，不能与上位机通信，不便于实际系统的操作和实际设备运行的状态监控；3)只考虑了两电平全控桥的变流器拓扑结构，大容量拓扑结构无法与其控制器连接；4)只考虑了单端直流输电，无法满足多端直流输电系统、孤岛供电的要求；5)对于电网暂态响应过程无法模拟实现。综上，该文的实验系统设计方案缺乏通用性，不能对各种直流输电方式进行验证和性能测试，控制器没有预留连接其他变流器的触发和控制接口。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种海上风电场并网的轻型直流输电实验系统。本发明以DSP28335数字信号处理器为核心控制器，采用工控机作为系统上位机，协调各变流器控制系统的运行，并进行数据采集和系统性能分析。以风电场装置模拟实际风电场，以负载模拟无源系统，经变压器隔离后与电网连接构成一个五端直流输电系统，并通过在各相应的端点设置接触器改变系统结构，如单端、多端等结构，验证输电系统的控制方法。

[0007] 本发明是通过以下技术方案实现的：

[0008] 本发明包括：两个风电场装置、五个变压器、五个开关控制装置、工控机、五个高通滤波装置、五个直流接触器和五个变流装置，其中：第一风电场装置与第一变压器相连传输电能，第二风电场装置与第二变压器相连传输电能，第一变压器与第一开关控制装置相连传输变压后的电能，第二变压器与第二开关控制装置相连传输变压后的电能，第一开关控制装置与第一变流装置相连传输控制信息，第二开关控制装置与第二变流装置相连传输控制信息，第一变流装置与第二变流装置相连，第二变流装置与第三变流装置相连，第三变流装置与第四变流装置相连，第四变流装置与第五变流装置相连，第五变流装置与第一变流装置相连，第一直流接触器的一端与第一变流装置相连，第一直流接触器的另一端与第三变流装置相连，第二直流接触器的一端与第二变流装置相连，第二直流接触器的另一端与第四变流装置相连，第三直流接触器的一端与第三变流装置相连，第三直流接触器的另一端与第五变流装置相连，第四直流接触器的一端与第四变流装置相连，第四直流接触器的另一端与第一变流装置相连，第五直流接触器的一端与第五变流装置相连，第五直流接触器的另一端与第一变流装置相连，第三变流装置与第三开关控制装置相连，第三开关控制装置与第三变压器相连，第四变流装置与第四开关控制装置相连，第四开关控制装置与第四变压器相连，第五变流装置与第五开关控制装置相连，第五开关控制装置与第五变压器相连，第三变压器与第一电网相连传输电能，第四变压器与第二电网相连传输电能，第五变压器与无源网络相连传输电能，每个变压器的二次侧分别连接一个高通滤波装置，高通滤波装置的另一端接地。

[0009] 所述的风电场装置包括：发电机和发电调速器，其中：发电调速器的输入端与电网相连传输电能，发电调速器与发电机相连传输调速的电能，发电机与变压器相连传输电能。

[0010] 所述的开关控制装置包括：交流接触器、门极可关断晶闸管和接地电阻，其中：交流接触器的一端与门极可关断晶闸管的一端相连后共同作为开关控制装置的一端，接地电阻的一端与门极可关断晶闸管的另一端相连，接地电阻的另一端接地，交流接触器的另一端作为开关控制装置的另一端。

[0011] 所述的工控机设置有数据采集卡。

[0012] 所述的高通滤波装置用于滤除PWM(脉冲宽度调制)开关频率周围的高次谐波，包括：三相星型电容和电感，其中：电感的一端与变压器的二次侧相连，电感的另一端与三相星型电容相连，三相星型电容接地。

[0013] 所述的变流装置包括：电平全控桥单元、直流电容、换流电抗器、驱动单元、检测单元、保护单元和控制单元，其中：直流电容并联于电平全控桥单元的直流端口，换流电抗器与电平全控桥单元的交流端口，驱动单元、检测单元和保护单元分别与电平全控桥单元相连传输电流电压信号，驱动单元、检测单元和保护单元分别与控制单元相连传输触发脉冲信号、电流电压信号和故障信号，控制单元和工控机相连传输运行状态信息和指令信号。

[0014] 所述的控制单元是基于PI调节器的双闭环和矢量控制实现的。

[0015] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0016] 1.根据不同系统要求可实现对单端风场并网，多端风场并网或者直接对无源负载供电的不同直流输电系统进行模拟。具体过程可以简单用接触器完成，在每个变流器端点的直流侧与系统直流母线之间加入接触器，通过闭合或断开相应接触器实现该端点接入或者脱离直流输电网络的目的。例如模拟单端风场并网直流输电系统，可以闭合任意发电机侧变流器的直流接触器，使其接入直流网络，再通过接触器连接任意一电网侧变流器即可。若模拟多端直流输电系统可以将负载侧接触器断开，其他接触器均闭合，使除电阻所在端点之外的其他四个端点均并入直流网络运行。若模拟系统对无源负载供电，则可以闭合负载端点的接触器，以及其他任意一个或多个有源系统端点的接触器使其并入直流网络运行即可。

[0017] 2.由于主控部分DSP芯片集成CAN总线单元，各变流器与工控机之间可以进行网络通讯，将本地检测数据及运行状态数据传输到上位工控机进行显示和处理，便于进行数据分析和系统性能检验。

[0018] 3.由于变流器控制机部分采用标准总线形式，使系统控制部分设计模块化，接口可实现标准化，可根据系统功率部分主电路所采用的具体形式(两电平或多电平)插入相应的控制单元(即DSP控制板)，也可按照标准接口扩展新的功能模块，为完善设备功能提供方便。

[0019] 4.可实现系统暂态性能分析，通过控制相应GTO的瞬间通断，实现系统对暂态故障的承受能力的测试，便于系统性能的评估以及一些控制方法验证。

附图说明

[0020] 图1是实施例的系统结构示意图。

具体实施方式

[0021] 以下结合附图对本发明的系统进一步描述：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

[0022] 实施例

[0023] 如图1所示，本实施例包括：计算机、两个风电场装置、第一变压器TR1、第二变压器TR2、第三变压器TR3、第四变压器TR4、第五变压器TR5、五个开关控制装置、工控机、第一高通滤波装置1、第二高通滤波装置2、第三高通滤波装置3、第四高通滤波装置4、第五高通滤波装置5、第一直流接触器K13、第二直流接触器K24、第三直接接触器K35、第四直流接触器K41、第五直流接触器K51、第一变流装置VSC1、第二变流装置VSC2、第三变流装置VSC3、第四变流装置VSC4和第五变流装置VSC5，其中：第一风电场装置与第一变压器TR1相连传输电能，第二风电场装置与第二变压器TR2相连传输电能，第一变压器TR1与第一开关控制装置相连传输变压后的电能，第二变压器TR2与第二开关控制装置相连传输变压后的电能，第一开关控制装置与第一变流装置VSC1相连传输控制信息，第二开关控制装置与第二变流装置VSC2相连传输控制信息，第一变流装置VSC1与第二变流装置VSC2相连，第二变流装置VSC2与第三变流装置VSC3相连，第三变流装置VSC3与第四变流装置VSC4相连，第四变流装置VSC4与第五变流装置VSC5相连，第五变流装置VSC5与第一变流装置VSC1相连，第一直流接触器K13的一端与第一变流装置VSC1相连，第一直流接触器K13的另一端与第三变流装置VSC3相连，第二直流接触器K24的一端与第二变流装置VSC2相连，第二直流接触器K24的另一端与第四变流装置VSC4相连，第三直流接触器K35的一端与第三变流装置VSC3相连，第三直流接触器K35的另一端与第五变流装置VSC5相连，第四直流接触器K41的一端与第四变流装置VSC4相连，第四直流接触器K41的另一端与第一变流装置VSC1相连，第五直流接触器K51的一端与第五变流装置VSC5相连，第五直流接触器K51的另一端与第一变流装置VSC1相连，第三变流装置VSC3与第三开关控制装置相连，第三开关控制装置与第三变压器TR3相连，第四变流装置VSC4与第四开关控制装置相连，第四开关控制装置与第四变压器TR4相连，第五变流装置VSC5与第五开关控制装置相连，第五开关控制装置与第五变压器TR5相连，第三变压器TR3与第一电网相连传输电能，第四变压器TR4与第二电网相连传输电能，第五变压器TR5与无源网络相连传输电能，每个变压器的二次侧分别连接一个高通滤波装置，高通滤波装置的另一端接地，工控机的输出端与计算机相连传输变流装置的输入电流电压、输出电流电压、直流电流电压和运行温度信息。

[0024] 本实施例中无源网络为负载Z。

[0025] 所述的第一风电场装置用于模拟风电场发电，包括：第一发电机G1和第一发电调速器UF1，其中：第一发电调速器UF1的输入端与电网相连传输电能，第一发电调速器UF1与第一发电机G1相连传输调速的电能，第一发电机G1与第一变压器TR1相连传输电能。

[0026] 所述的第二风电场装置用于模拟风电场发电，包括：第二发电机G2和第二发电调速器UF2，其中：第二发电调速器UF2的输入端与电网相连传输电能，第二发电调速器UF2与第二发电机G2相连传输调速的电能，第二发电机G2与第二变压器TR2相连传输电能。

[0027] 本实施例中的第一发电机G1和第二发电机G2都采用5KW同步风力发电机，改用双馈发电机也同样适用于所述的两个风电场装置。

[0028] 本实施例中第一发电调速器UF1和第二发电调速器UF2都采用HIP6003-5D5GB型通用变频器，输入为380V交流电网，输出驱动三相5KW同步风力发电机。

[0029] 所述的第一开关控制装置包括：第一交流接触器K1、第一门极可关断晶闸管GTO1和第一接地电阻R1，其中：第一交流接触器K1的一端、第一门极可关断晶闸管GTO1的一端和第一变压器TR1的输出端分别两两相连，第一接地电阻R1的一端与第一门极可关断晶闸管GTO1的另一端相连，第一接地电阻R1的另一端接地，第一交流接触器K1的另一端与第一变流装置VSC1相连。

[0030] 所述的第二开关控制装置包括：第二交流接触器K2、第二门极可关断晶闸管GTO2和第二接地电阻R2，其中：第二交流接触器K2的二端、第二门极可关断晶闸管GTO2的二端和第二变压器TR2的输出端分别两两相连，第二接地电阻R2的二端与第二门极可关断晶闸管GTO2的另二端相连，第二接地电阻R2的另二端接地，第二交流接触器K2的另二端与第二变流装置VSC2相连。

[0031] 所述的第三开关控制装置包括：第三交流接触器K3、第三门极可关断晶闸管GTO3和第三接地电阻R3，其中：第三交流接触器K3的一端与第三变流装置VSC3相连，第三交流接触器K3的另一端、第三门极可关断晶闸管GTO3的一端和第三变压器TR3的输入端分别两两相连，第三接地电阻R3的一端与第三门极可关断晶闸管GTO3相连，第三接地电阻R3的另一端接地。

[0032] 所述的第四开关控制装置包括：第四交流接触器K4、第四门极可关断晶闸管GTO4和第四接地电阻R4，其中：第四交流接触器K4的一端与第四变流装置VSC4相连，第四交流接触器K4的另一端、第四门极可关断晶闸管GTO4的一端和第四变压器TR4的输入端分别两两相连，第四接地电阻R4的一端与第四门极可关断晶闸管GTO4相连，第四接地电阻R4的另一端接地。

[0033] 所述的第五开关控制装置包括：第五交流接触器K5、第五门极可关断晶闸管GTO5和第五接地电阻R5，其中：第五交流接触器K5的一端与第五变流装置VSC5相连，第五交流接触器K5的另一端、第五门极可关断晶闸管GTO5的一端和第五变压器TR5的输入端分别两两相连，第五接地电阻R5的一端与第五门极可关断晶闸管GTO5相连，第五接地电阻R5的另一端接地。

[0034] 本实施例中交流接触器都采用LC1-DT40，门极可关断晶闸管都采用东芝SG600R21，接地电阻的阻值都为1Ω，接地电阻的额定功率都为100W。

[0035] 本实施例中工控机采用的是型号为IPC-610的研华工控机，该工控机上设置有型号PCL-818L的数据采集卡。数据采集卡与各变流装置相连传输变流装置的运行信息，工控机经通讯电缆依次与各变流装置相连传输运行的指令信息。

[0036] 所述的变流装置的运行信息包括：变流装置的输入电流电压、输出电流电压、直流电流电压和运行温度。

[0037] 所述的运行的指令信息包括：直流电压给定值、有功功率给定值、无功功率给定值和交流电压给定值。

[0038] 本实施例中变压器采用的都是容量为40kVA的三相变压器，其电压等级为380V。

[0039] 所述的高通滤波装置用于滤除PWM开关频率周围的高次谐波，包括：三相星型电容和电感，其中：电感的一端与变压器的二次侧相连，电感的另一端与三相星型电容相连，三相星型电容接地。本实施例中高通滤波装置的谐振频率为27次和54次。

[0040] 所述的第一变流装置VSC1包括：第一电平全控桥单元、第一直流电容、第一换流电抗器、第一驱动单元、第一检测单元、第一保护单元和第一控制单元，其中：第一直流电容并联于第一电平全控桥单元的直流端口，第一换流电抗器与第一电平全控桥单元的交流端口，第一驱动单元、第一检测单元和第一保护单元分别与第一电平全控桥单元相连传输电流电压信号，第一驱动单元、第一检测单元和第一保护单元分别与第一控制单元相连传输触发脉冲信号、电流电压信号和故障信号，第一控制单元和工控机相连传输运行状态信息和指令信号。

[0041] 所述的第二变流装置VSC2包括：第二电平全控桥单元、第二直流电容、第二换流电抗器、第二驱动单元、第二检测单元、第二保护单元和第二控制单元，其中：第二直流电容并联于第二电平全控桥单元的直流端口，第二换流电抗器与第二电平全控桥单元的交流端口，第二驱动单元、第二检测单元和第二保护单元分别与第二电平全控桥单元相连传输电流电压信号，第二驱动单元、第二检测单元和第二保护单元分别与第二控制单元相连传输触发脉冲信号、电流电压信号和故障信号，第二控制单元和工控机相连传输运行状态信息和指令信号。

[0042] 所述的第三变流装置VSC3包括：第三电平全控桥单元、第三直流电容、第三换流电抗器、第三驱动单元、第三检测单元、第三保护单元和第三控制单元，其中：第三直流电容并联于第三电平全控桥单元的直流端口，第三换流电抗器与第三电平全控桥单元的交流端口，第三驱动单元、第三检测单元和第三保护单元分别与第三电平全控桥单元相连传输电流电压信号，第三驱动单元、第三检测单元和第三保护单元分别与第三控制单元相连传输触发脉冲信号、电流电压信号和故障信号，第三控制单元和工控机相连传输运行状态信息和指令信号。

[0043] 所述的第四变流装置VSC4包括：第四电平全控桥单元、第四直流电容、第四换流电抗器、第四驱动单元、第四检测单元、第四保护单元和第四控制单元，其中：第四直流电容并联于第四电平全控桥单元的直流端口，第四换流电抗器与第四电平全控桥单元的交流端口，第四驱动单元、第四检测单元和第四保护单元分别与第四电平全控桥单元相连传输电流电压信号，第四驱动单元、第四检测单元和第四保护单元分别与第四控制单元相连传输触发脉冲信号、电流电压信号和故障信号，第四控制单元和工控机相连传输运行状态信息和指令信号。

[0044] 所述的第五变流装置VSC5包括：第五电平全控桥单元、第五直流电容、第五换流电抗器、第五驱动单元、第五检测单元、第五保护单元和第五控制单元，其中：第五直流电容并联于第五电平全控桥单元的直流端口，第五换流电抗器与第五电平全控桥单元的交流端口，第五驱动单元、第五检测单元和第五保护单元分别与第五电平全控桥单元相连传输电流电压信号，第五驱动单元、第五检测单元和第五保护单元分别与第五控制单元相连传输触发脉冲信号、电流电压信号和故障信号，第五控制单元和工控机相连传输运行状态信息和指令信号。

[0045] 本实施例中第一电平全控桥单元、第二电平全控桥单元和第三电平全控桥单元采用的是基于IGBT的常规两电平全控桥式结构，由6只IGBT集成续流二极管采取两两一组方式构成三相全控桥结构。本实施例中的IGBT采用的是英飞凌H20R1202，内含反并联二极管，额定电流20A，电压1200V。

[0046] 本实施例中第四电平全控桥单元和第五电平全控桥单元采用的是二极管钳位三电平主电路拓扑结构，每个桥臂含有4只开关器件，可将系统耐压值提高一倍，其中，除了包含全控开关器件和续流二极管外，还含有6只钳位二极管，保证各全控器件承受相同的反电压。

[0047] 本实施例中的直流接触器采用的型号都是施奈德LPZ1-50，直流电容是两只3300μF/750V的电容串联而成。

[0048] 本实施例中检测单元都包括：霍尔电流传感器和霍尔电压传感器。

[0049] 本实施例中的控制单元采用的都是DSP28335芯片，且是基于PI调节器的双闭环和矢量控制实现的。

[0050] 本实施例的工作过程：

[0051] 1)当闭合第一直流接触器K13、第二直流接触器K24和第三直流接触器K35，断开第四直流接触器K41和第五直流接触器K51，且同时闭合第一交流接触器K1和第五交流接触器K5，断开第二交流接触器K2、第三交流接触器K3和第四交流接触器K4时，第一发电机G1与第一电网接入直流网络，构成单端直流输电系统。

[0052] 2)当闭合第一交流接触器K1和第三交流接触器K3，断开第二交流接触器K2、第四交流接触器K4和第五交流接触器K5，且同时闭合第一直流接触器K13、第三直流接触器K35和第四直流接触器K41，断开第二直流接触器K24和第五直流接触器K51时，第一发电机G1和负载Z接入直流网络，构成风力发电场对无源系统供电的实验系统。

[0053] 3)当闭合所有的交流接触器，同时断开所有的直流接触器时，则所有的变流装置接入系统，构成五端直流输电系统。

[0054] 本实施例可以根据需要，通过任意组合各接触器通断方式，构成各种单端及多端直流输电系统试验装置。针对电网暂态故障，利用门极可关断晶闸管可以承受短时间大电流的特性，通过方波脉冲控制相应变流器节点交流侧门极可关断晶闸管瞬间开通，然后关断，使交流侧发生瞬间对地短路故障，模拟电网瞬间对地短路情况，测试系统暂态响应性能和抗干扰能力，系统正常运行时各GTO不导通。

[0055] 本实施例通过接触器的切换模拟轻型直流输电的各种主要应用领域(风场并网，向孤岛供电，多端输电系统等)，具有通用性，避免实际应用场合的变化而导致的一些重复开发。采用DSP处理器为控制核心，处理速度快，可验证各种复杂方法并支持CAN总线通讯网络。采用工控机作为上位机，可实现数据记录分析及友好的人机界面。采用小容量器件对各种方法及各种连接方式验证，体积小，成本相对低，便于安装和实施。