科研条件
1. 中压配电网物理仿真系统
10kV中压配电网物理仿真系统根据相似性原理，采用了和实际配电系统具有相同物理性质且参数的标幺值一致的模拟元件的电力系统物理模型。系统可以方便地改变网络结构，调整系统参数，实时仿真配电网在各种运行工况下的动态行为，为分析和研究配电网的运行规律、静动态特性、馈线自动化设备测试、故障特征模拟、微机保护装置的动作特性研究、分布式电源与电网的交互影响提供试验平台。系统的软硬件全部由福州大学配电网及其自动化团队的老师和研究生自主设计和研制。
图1 实景图
系统包含1座变电站，1台主变，容量是 30kVA，6条馈线。包含1条长度15公里架空线路，1条长度3公里的架空线路，1条长度6公里的电缆线路，1条长度3公里的缆线混合线路，2条长度1.5公里的电缆线路。两条1.5公里的电缆线路通过环网柜形成手拉手联络，可用于模拟馈线自动化的故障定位和隔离。
系统基于最新计算机技术、通信技术和现代控制技术，形成了数字化动态模拟试验平台，包括微机数据采集装置、基于微计算机的数据采集与监控系统、配网故障录波系统、分级保护动作特性研究系统、分布式电源接入控制系统、电网故障柔性控制系统。
中压配电网物理仿真系统可以模拟配电网的运行操作、配电自动化终端的测试以及常见故障的模拟，为其他设备提供运行及故障信号。
（1）变更中性点运行方式。系统可以将变压器中性点设置为不接地、经电阻、经消弧线圈接地（过补偿、全补偿和欠补偿）和直接接地系统。
（2）模拟正常带载运行和负荷转带操作。系统的负载率设置为0.5，在正常运行可自动获取实时潮流数据，当出现故障时，可以根据转供测量进行负荷的转移，并记录变化后的潮流数据。
（3）多位置故障模拟。系统在母线、馈线分支位置设置了不同的故障点，并在每个馈线上设置了分段开关，当模拟故障时，流经线路的潮流被实时采集，并上报给上位机。
（4）多类型故障模拟。系统可以在不同的位置，分别模拟单相接地、两相短路、两相短路接地、三相短路、单相断线、两相断线、三相断线等实验。
（5）多类型接地故障模拟。可以完成暂时或永久性的金属性接地、中电阻接地、高阻接地和弧光接地等。
（6）二次自动化装置的联调联试。系统通过配置一定变比的CT和PT，确保其二次信号数据和实际10kV系统下输出数据基本一致，为二次自动化装置的测试提供可靠的信号源，完成设备和功能的联调联试工作。
2. 中压配电网真型实验系统
配电网及其智能化综合实验室是福建省首套中压配电网真型实验系统，系统含110/10kV变电站、配电网主设备、1条架空线路、2条电缆线路、1条架空电缆混合线路以及二次监控保护等，可以实现配电网各类型单相接地故障（含断线及弧光接地故障）的模拟与展示、故障保护、故障录波、单相接地选线与选段的模拟与展示、接地故障柔性消弧与主从消弧的模拟与展示、配电网数据采集与监控、配电网主设备人工智能识别与故障诊断的模拟与展示等功能。配电网及其智能化综合实验室能够为学生实习、实践及创新提供物理平台；为教师的科学研究提供实验载体；为行业技术和产品研发提供验证环境。
图2 配电网及其智能化综合实验室
10kV配电网含1条架空线及电缆线混合线路、2条纯电缆线路和1条纯架空线路。其中，线路采用π型等效电路模型，OL代表架空线路，CL代表电缆线路。
图3 主接线示意图
3. 柔性消弧物理样机及工业样机实验系统
针对传统单相接地故障消弧设备存在的不足，福州大学配电网及其自动化研究中心团队研制了有源柔性消弧系统用于快速、精确、稳定补偿接地故障电流，同时抑制故障相电压，使故障电弧可靠熄灭且不重燃。该系统拓扑为单相级联H桥或三相四桥臂结构的级联H桥，因电力电子设备具有快速的有功、无功和谐波电流补偿能力，可以实现接地故障电流的全补偿，同时能够避免磁性设备带来的一系列问题。图4和图5分别为三相四桥臂级联H桥有源柔性消弧系统物理样机和单相级联H桥有源柔性消弧系统工业样机。
图4 三相四桥臂级联H桥有源柔性消弧系统物理样机
图5 单相级联H桥有源柔性消弧系统工业样机
4. 光伏并网实验系统
课题组拥有一个规模为2×12，总功率为6.5kW的屋顶光伏并网系统，配备了高精度的环境信息采集系统，能够模拟光伏电厂在各种工况下的静、动态行为，为研究和分析光伏模组的运行规律、故障特征提取、故障定位以及逆变器控制、新能源发电预测提供了一个理想的试验平台。目前课题组在光伏的短路、遮阴、积灰、断线、老化、开路、电弧等故障的识别和定位方向进行了深入研究，已经发表10多篇SCI/EI收录论文。
图6 光伏实验系统实景图
重要的实验仪器和设备：
（1）PROVA 1011：光伏系统测量仪，可以快速测量I-V曲线、辐照度、温度。
（2）示波器：采集电流、电压、电磁辐射信号。
（3）WT500功率分析仪：可以长时间记录功率值。
（3）离网控制系统：由MPPT控制器、储能电池、各种类型的负载组成。
（4）并网控制系统：由阳光电源逆变器接入380V电网。
（5）电弧发生器：可以实现故障电弧的模拟；
（6）TWS-4B光伏电站环境监测仪：监测光伏电站太阳辐射（水平/斜面）、直接辐射、光照度、温度、湿度、风速、风向、大气压力、雨量、背板温度等要素。
（7）高增益天线、宽带天线、射频放大器、带通滤波器：用于电弧故障定位。
5. 主要仪器设备
是德科技示波器、泰克示波器、高压差分探头、电流探头、ONLLY高性能继电保护测试仪、多组输出直流电源、高精度LCR测试仪、高精度功率分析仪、交直流钳形表、福禄克热成像仪、硬件在环平台等。