双碳背景下多端口能量路由器的应用与介绍


能量路由器概述

 

中国电科院的研究人员根据不同电压、容量和应用功能的不同将其重新命名为:“能量路由器(energy router)”、“电能交换器(energy switcher)”和“电力集能器(energy hub)”。

 

能量路由器

 

以电能为核心,可汇集和管理电、冷、热、燃气以及其他形式的能源,具备能量灵活转化、变换、传递和路由功能,并实现能源物理系统与信息系统的融合,是支持呢能源互联网的核心装置。

 

电能路由器

 

是能源路由器(能量路由器)的基本形式,可独立使用。它以电能为控制对象,具备三个或以上电能端口,具备不同电气参数电能之前的灵活变换、传统和路由功能,并实现电气物流系统与信息系统的融合。

 

研旭能量路由器特点

 

1、传统信息流控制、DSP(C6000)控制和快速原型控制器都可以根据用户的需求进行定制。

2、能量路由器可以进行二次开发,可提供能量路由器的所有源代码。

3、交流端口、直流端口可根据客户需求进行定制。

5、直流端口电压等级,可以根据用户需求进行复用

6、具备策略调度系统功能

7、通讯接口或人机界面,具备ms级别的通讯速率

 

一、基于多端口变换器的能量路由器构架

 

下图是典型的多端口能量路由器的工业应用, 控制分布式能源、储能出力,协调与电网/负荷间能量转换、灵活控制的核心部件,实现配电系统中源-储-网-荷的能量交换。

 

 

多端口能量路由器拓扑

 

南京研旭公司推出了低压多端口能量路由器,多端口交直流柔性变换器具备N个交流端口(可选),N个直流端口(可选)。每个端口均可接入相应电压等级的有源或无源设备,任意端口间可以实现功率潮流的控制。

 

南京研旭创新性的采用了单独的统一控制器,摒弃了传统的多分布式控制器通讯控制的方式,将所有变流器的控制由统一控制器完成控制,保证了系统严格意义上的实时性和即插即用功能。

 

配置液晶显示界面,可以实现就地人机交互。本变换器主要应用于微电网、低压主动配电网及交直流混合低压配电网的科研、小型示范等场合。

 

二、能量路由器的典型应用

 

能量路由器作为主动配电网的电能接入装置,其最基本的任务是管理接入电源和负荷、寻求最优路径。但能量路由器应用在电网的不同位置将承担不同的具体任务。

 

能量路由器在用户侧的应用

 

当能量路由器用于配电网末端时,直接与分布式能源DER相连,分布式能源主要有分布式电源、分布式储能设备及负载。

 

能量路由器作为配电网中使用简单的、即插即用的能源接入装置,当分布式能源接入能量路由器的接口时,能量路由器应能够检测到分布式能源的插入,迅速监测分布式能源的类型及用电参数,并给予相应的回应。考虑到实时电价,能量路由器可以根据电价信息动态调整用电负荷。如在居民区白天电价低,居民用户的能量路由器可将有需求的可控电力设备接入配电网;而在工业区的电价信息可能是白天较高,而晚上较低,能量路由器可以将实时性低的可控负荷安排到夜间。

 

能量路由器在配电网中的应用

 

在配电网中,若能量路由器用于区域电网入口,不仅能够采集区域电网的用电信息,而且还可以与配电网中其他能量路由器相互通信。不仅可以实现区域网内分布式电能的有效利用,而且能够使整个配电网达到能源的最优化配置。 能量路由器在配电网中运行在并网运行模式下时,能量路由器将其所控制的区域(如微网)连接到配电网干线上,区域电网通过能量路由器从电网索取电能或向电网提供电。作为能流调节器,能量路由器根据区域电网对电能的需求情况进行调度,在区域电网或大电网出现故障时,能量路由器运行在孤岛模式,与配电网隔离。此时,区域电网中的当地负荷需同分布式可再生电源及储能设备协调运行。

 

 

三、能量路由器协调控制方法

 

利用协调控制方法来实现分布式能源的高效利用、多种类接口单元的能量协调控制。

 

设备级控制面向底层接口变换器,接口变换器接入能源的种类、变换器类型、控制目标不同,变换器级控制方法也不同。变换器级控制方法有:最大功率点跟踪、母线电压控制、直接功率控制、PQ 控制(恒功率控制)、V/F 控制(恒压恒频控制)、VSG 控制(虚拟同步机控制)、Droop 控制(下垂控制)、恒压/恒流/恒功率充放电控制等。

 

系统级控制面向系统运行目标,通过对系统内各接入能源和负载变换器进行集中管理,实现能量管理和目标最优运行。变换器级控制与系统级控制组成了整个能量路由器的控制体系。

 

 

四、能量路由器策略调度

 

能量路由器策略调度以直流母线电压为主信号,以蓄电池 SOC 为辅助信号,控制中央管理层综合各信息进行模式判断,并在模式变化时将控制指令下发给底层控制层,通过底层控制层来实现对各功能单元变换器的调节,最终实现母线电压稳定、系统功率平衡。

 

并网状态下:根据各个端口所需能量进行调配,当系统自发能量不足时可从主电网进行能量传输。孤岛状态下:主要是针对主电网脱落时的孤岛运行情形,多端口能量路由器需要孤岛运行,支撑整个主电网。

 

能量路由器设备在每个子微网中都是充当了分布式电源(发电)或者负载(耗电)的作用。针对每个子网需要判断其能量流动方向以及大小,整体系统的控制,主要交由上位机能源调度系统来完成。

 

五、能量路由器监控软件平台

 

1、监测与显示功能:上位机平台通过通讯口(以太网、CAN)与能量路由器进行信息交互,能显示能量路由器的端口电压、功率、负荷等多种信息;

2、控制功能:通过上位机平台能对能量路由器发布指令,如并网功率因数控制、各端口的功率控制,光伏发电MPPT控制与给定功率控制;

3、上位机平台接受路由器上传数据及电网信息,正常运行方式下不干预路由器运行;异常情况下,综合处理各项信息后,可统一发布指令至各路由器;

4、能量路由管理:高峰时段,蓄电池进行放电控制,光伏进行MPPT控制;低谷时段,市电供给负载,储能电池进行充电控制。一般情况下,由底层能量路由器自行进行控制,高峰时段、低谷时段则由平台进行设置;

 

研旭多端口能量路由器监控界面

 

 

六、现场实物照片

 

 

研旭多端口能量路由器实物照片

 

 

 

相关新闻


2023 | 研旭电气论文征集补贴活动

2023 | 研旭电气论文征集补贴活动,为感谢全国各地科研人员对南京研旭电气的支持与厚爱,公司现决定举办2023年度论文发表奖励活动。


恭贺研旭YX-PMP2000电机控制快速原型开发集成平台助力【东北石油大学】张老师团队发表高质量SCI论文

在永磁同步电机(PMSM)的矢量控制中,需要解决速度过冲和转矩脉动现象。电动汽车(EV)中 PMSM 的驱动控制有两个前提条件。第一是必须确保车辆的整体控制,第二是在保证电机稳定控制的同时,确保车辆控制的经济性。因此,本文首先提出了模糊分数阶指数收敛律滑模控制(F-CFSMC),它是以在线修正分数阶滑模面的指数收敛律为目的而构建的。它用参数明确表达了分数阶滑模面的到达时间和收敛速度。利用Lyapunov方程证明了 F-CFSMC 的稳定性。F-CFSMC 适用于具有不同参数的PMSM。接下来,引入了考虑电动汽车电池参数因素的模糊控制器,将锂电池和PMSM结合起来,以提高能量利用率。至此,双层次模糊分数阶指数收敛律滑动模式控制(DF-CFSMC)构建完成。此外,还使用 DF-CFSMC 和传统 PMSM 控制进行了比较仿真和实验,并在 PMSM 分层中得到了结果。在电动汽车分层应用中也进行了仿真,以显示 DF-CFSMC 的通用性、可重复性和优势。


研旭开源PHM功率模块助力【中原工学院】发表高质量论文

赵强松,陈昊,王启帆等.微电网并网逆变器频率自适应前馈双模重复-比例控制


研旭YXSPACE系列产品助力集美大学轮机工程学院发表优质论文:科技与学术的完美结合

[1] 论文名称:混合动力船舶直流微电网阻抗建模、参数灵敏度及稳定性分析 [2] 期刊名称:Electric Power Systems Research