案例分享 | 山东大学—多能源能量路由器智能微电网综合联控系统


山东大学(Shandong University),位于山东省济南市,是中华人民共和国教育部直属全国重点大学,中央直管副部级建制,位列国家“双一流”、“985工程”、“211工程”,入选“2011计划”、“珠峰计划”、“强基计划”、“111计划”、卓越工程师教育培养计划、卓越医生教育培养计划、卓越法律人才教育培养计划、国家建设高水平大学公派研究生项目、新工科研究与实践项目、中国政府奖学金来华留学生接收院校、教育部来华留学示范基地、学位授权自主审核单位、医学“双一流”建设联盟、全球能源互联网大学联盟、亚洲校园成员。

 

多能源能量路由器智能微电网综合联控系统


随着光伏、风电等可再生能源发电技术的发展,分布式发电日渐成为满足负荷增长需求、提高能源综合利用效率、提高供电可靠性的一种有效途径,并在配电网中得到广泛的应用。但分布式发电的大规模渗透也产生了一些负面影响,如单机接入成本较高、控制复杂、对大系统的电压和频率存在冲击等。这限制了分布式发电的运行方式,削弱了其优势和潜能。微网技术为分布式发电技术及可再生能源发电技术的整合和利用提供了灵活、高效的平台。微电网系统被视为未来智能电网的最重要一环,可以有效地实现电网侧电力能量的转移,实现能量的削峰填谷。


多能源能量路由器智能微电网综合联控系统实验室建设主要针对新能源专业的老师/学生而开发的微电网科研/教学设备。系统的核心在于中央控制与能量调配,本系统采用集中管理的方式对一次侧接入进行电能调度分配。

 

项目现场

 

系统特点:
(1)可实现模拟光伏,模拟风电、蓄电池、超级电容、模拟负载、燃料电池、充电桩等多种一次侧设备的互联,各个设备都单独可控,通过IEC61850规约,实现四遥数据的控制;
(2)系统中既包含交流母线,又具备直流母线,两种母线混合在一起,可提供更多的研究实验和更灵活的能量管理策略;
(3)可实现智能并离网(并网与孤岛状态)切换,既可以并网运行,也可以孤网运行,实现无缝切换,且多种运行模式相互自动或手动方式切换。各子系统可以独立完成相关的实验;
(4)集成并/离网切换、黑启动、功率平滑、时移、故障诊断、离网功率平衡控制、有功/无功功率控制、电压/频率响应特性控制、保护等功能;
(5)实现微电网整体系统数据监控、数据采集、设备管理、功率控制、电能质量监测、能效评估、用电计划设定,经济性分析等;
(6)将接入微电网的负荷进行分级管理实时监测、显示、记录微网系统的工作状态,具有本地监控和远程监控两种控制方式;
(7)配置分级保护和计量装置,在微电网内部故障、外部故障情况下,均保证其准确、快速动作,使系统安全运行;
(8)针对高校学生,充分考虑了学生的具体知识结构与层次,使得学生可以充分理解微电网的特点与结构;学生可以在本系统中进行系统的设计、安装、软件控制等多个专业的知识进行实训;
(9)针对做科研的老师,开放部分一次侧设备的软硬件资料,包括板级硬件图纸以及软件驱动源代码、算法源代码等,开放上位机软件的源代码程序。提供整体的系统的基础开发平台,方便用户二次开放,提供详细而丰富的培训课程,使用户可快速入门并掌握整体系统,大大提高科研实验的效率;
(10)自主研发的RCP快速原型仿真控制器,实现数字物理混合仿真。

 

系统拓扑图

 

能量路由器


电能路由器(亦称为能量路由器)是一个整合了通信单元、控制单元和功率单元的装置。从电力电子的角度来看,电能路由器表现为多端口、多级联、多流向的电力电子变换器,由全控型电力电子开关器件和高频变压器构成,其应该具备如下基本的功能:
1)电压变换、电气隔离;
2)能量路由(能量流向控制);
3)分布式能源、储能装置即插即用。


下图为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。

 

 

南京研旭公司推出的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。


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。


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;

 

 

 

项目案例

 

 

 

 

 

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